一种直译单元组成的模数变换电路及其制造方法与流程

1.本发明涉及模数变换技术领域，具体地说，涉及一种直译单元组成的模数变换电路及其制造方法。


背景技术：

2.自动控制系统中，被控制或被测量的对象大多是变化的物理量，这种连续变化的物理量是指在时间上和数值上都连续变化的量也被称作模拟量。当用单片机参与测量或计算时，需要将模拟量转变为数字量才能被单片机接受。能够将模拟量转换为数字量的器件成为模数转换器，简称adc或a/d。
3.adc芯片一般包含操作寄存器、中断寄存器和转换存储控制器，传统adc芯片的生产工序复杂，adc芯片有一个步骤需要消除adc发泡剂工序产生的酸雾和杂质，这样才能保住转换信号的精度。在制造上，芯片制造对机器和环境的要求颇高，因此传统模数转换器的制造工艺要求和成本较高。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出一种直译单元组成的模数变换电路及其制造方法，无须复杂的工艺和精度要求，采用低成本电路实现模数变换。
5.本发明实施例提供一种直译单元组成的模数变换电路，所述电路由传感器、采样电路、输入导线、平行导线、输出导线、直译单元、终端编码转换器共7种部件组成；
6.当直译型adc的精度要求为n位时，铺设n条支路，每条支路上铺设一对平行导线，平行导线的上导线和下导线分别连接输入导线和输出导线中的一者，上下导线不相接触；
7.在平行导线的长度区间内，铺设2n枚直译单元，每枚直译单元分别负责编码2n个模拟信号值{0,1,2,3,
…
，2
n-1
}中的一者，所有直译单元编码的模拟信号值不同；
8.精度要求为n位的直译型adc，每枚直译单元上有n个赋值格，赋值格分为采用导电材质的导电格和采用绝缘材质的绝缘格，导电格代表数值1，绝缘格代表数值0；直译单元上的各赋值格按顺序排列后构成赋值格序列，其赋值格序列与其编码的二进制数字序列相对应；
9.在初始状态下，所有直译单元的每个赋值格均位于其对应支路的平行导线的近处，但不与上下导线同时接触；待转换的模拟信号输入后，设备会驱动该模数信号值对应的一枚直译单元发生位移，该直译单元的位移会其所有赋值格与所在支路上的上下导线同时接触；其中的导电格可使所在支路的上下导线连通，从而使该支路通电，终端编码转换器据此输出编码值1；其中的绝缘格不能构成所在支路的上下导线连通，因此该支路不通电，终端编码转换器据此输出编码值0；
10.该枚直译单元位移后，终端编码转换器将n条支路的编码值按支路序号从小到大的顺序输出，构成一串01数字序列，该数字序列即为待转换模拟信号的二进制数字信号结果，模数转换完成。
11.本发明另一实施例提供一种直译单元的制造方法，所述直译单元适用于上述实施例所述的直译单元组成的模数变换电路，所述方法包括：
12.步骤一，当adc的精度要求为n位，即需要区分2n个模拟信号值梯度时，在绝缘材质片上浇铸n行导电材质，每行需浇铸导电材质的区间选定规则为：将第i行等分为2i-1个断通周期，每个断通周期分两段，前半段为断电区间，后半段为通电区间，将每个断通周期的通电区间浇铸为导电材质；
13.步骤二，以最后一行(即第n行)的断通周期c的一半为宽度，对材料片进行等距裁切，即得到所需的2n枚直译单元，所有直译单元的赋值格序列所对应的编码值等于其排列序号减1；
14.步骤三，完成裁切后，直接在材料片上铺设n条支路的平行导线，每条支路的平行导线靠近对应赋值格，但初始状态下，上导线和下导线不同时与赋值格接触。
15.本发明提供一种直译单元组成的模数变换电路及其制造方法，所述电路由传感器、采样电路、输入导线、平行导线、输出导线、直译单元、终端编码转换器共7种部件组成；当直译型adc的精度要求为n位时，铺设n条支路，每条支路上铺设一对平行导线，平行导线的上导线和下导线分别连接输入导线和输出导线中的一者，上下导线不相接触；在平行导线的长度区间内，铺设2n枚直译单元，每枚直译单元分别负责编码2n个模拟信号值{0,1,2,3,
…
，2
n-1
}中的一者，所有直译单元编码的模拟信号值不同；精度要求为n位的直译型adc，每枚直译单元上有n个赋值格，赋值格分为采用导电材质的导电格和采用绝缘材质的绝缘格，导电格代表数值1，绝缘格代表数值0；直译单元上的各赋值格按顺序排列后构成赋值格序列，其赋值格序列与其编码的二进制数字序列相对应；在初始状态下，所有直译单元的每个赋值格均位于其对应支路的平行导线的近处，但不与上下导线同时接触；待转换的模拟信号输入后，设备会驱动该模数信号值对应的一枚直译单元发生位移，该直译单元的位移会使其所有赋值格与所在支路上的上下导线同时接触；其中的导电格可使所在支路的上下导线连通，从而使该支路通电，终端编码转换器据此输出编码值1；其中的绝缘格不能构成所在支路的上下导线连通，因此该支路不通电，终端编码转换器据此输出编码值0；该枚直译单元位移后，终端编码转换器将n条支路的编码值按支路序号从小到大的顺序输出，构成一串01数字序列，该数字序列即为待转换模拟信号的二进制数字信号结果，模数转换完成。无须复杂的工艺和精度要求，采用低成本电路实现模数变换。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的一种直译单元组成的模数变换电路的结构示意图；
17.图2是本发明实施例提供的一种直译单元的结构示意图；
18.图3是本发明实施例提供的直译单元组成的模数变换电路工作原理示意图；
19.图4是本发明实施例提供的一种直译单元制造方法的流程示意图；
20.图5是本发明实施例提供的二进制数字与其所编码的十进制数字的对应示意图；
21.图6是本发明实施例提供的一种绝缘材料片的结构示意图；
22.图7是本发明实施例裁切后的直译单元的结构示意图；
23.图8是本发明实施例提供的直译单元的工作示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例一
26.本发明实施例提供一种直译单元组成的模数变换电路，，所述电路由传感器、采样电路、输入导线、平行导线、输出导线、直译单元、终端编码转换器共7种部件组成；
27.当直译型adc的精度要求为n位时，铺设n条支路，每条支路上铺设一对平行导线，平行导线的上导线和下导线分别连接输入导线和输出导线中的一者，上下导线不相接触；
28.在平行导线的长度区间内，铺设2n枚直译单元，每枚直译单元分别负责编码2n个模拟信号值{0,1,2,3,
…
，2
n-1
}中的一者，所有直译单元编码的模拟信号值不同；
29.精度要求为n位的直译型adc，每枚直译单元上有n个赋值格，赋值格分为采用导电材质的导电格和采用绝缘材质的绝缘格，导电格代表数值1，绝缘格代表数值0；直译单元上的各赋值格按顺序排列后构成赋值格序列，其赋值格序列与其编码的二进制数字序列相对应；
30.在初始状态下，所有直译单元的每个赋值格均位于其对应支路的平行导线的近处，但不与上下导线同时接触；待转换的模拟信号输入后，设备会驱动该模数信号值对应的一枚直译单元发生位移，该直译单元的位移会其所有赋值格与所在支路上的上下导线同时接触；其中的导电格可使所在支路的上下导线连通，从而使该支路通电，终端编码转换器据此输出编码值1；其中的绝缘格不能构成所在支路的上下导线连通，因此该支路不通电，终端编码转换器据此输出编码值0；
31.该枚直译单元位移后，终端编码转换器将n条支路的编码值按支路序号从小到大的顺序输出，构成一串01数字序列，该数字序列即为待转换模拟信号的二进制数字信号结果，模数转换完成。
32.在本实施例具体实施时，参见图1，是本发明实施例提供的一种直译单元组成的模数变换电路的结构示意图，所述电路包括3条支路，分别为第一支路、第二支路和第三支路，分别代表用于进行二进制编码的三个数位，每条支路包括两条互不接触的平行导线，每一条支路的一条导线连接电源v
in
，另一导线连接信号输出端v
out
；
33.3对平行导线的长度区间内排布有23＝8枚直译单元，分别为直译单元0～7，每枚直译单元上分布有3个与三条支路位置对应的赋值格；
34.将[0～7]的所有梯度值{0，1，2，3，4，5，6，7}的8个二进制数字序列{000，001，010，011，100，101，110，111}分别编码到8枚直译单元上，每枚直译单元上的编码格序列布局相同，可以按所编码的数位进行对齐；编码格根据所编码的数值决定材质：编码值为1的赋值格设置为导电材质，编码值为0的赋值格设置为绝缘材质；
[0035]
参见图2，是本发明实施例提供得一种直译单元的结构示意图；当直译型adc的精度要求为3位时，每枚直译单元上有3个赋值格，模拟信号值为(5)
10
的直译单元，其3个赋值格按顺序依次为导电格、绝缘格、导电格，由此构成的数字序列为(101)2。
[0036]
在初始位置时，8枚直译单元排布在所有分电路的平行导线上，与导线相接触，每
一赋值格均与对应支路的两条导线之间存在偏差，所有直译单元的赋值格在初始状态下不与所在支路的上下导线同时接触；
[0037]
当有模拟信号输入时，信号值为j的模拟信号触发编码值为j的直译单元发生位置偏移，使得该直译单元的赋值格与对应支路的上下导线同时接触，其中的导电格将连通上下导线，使该支路通电，输出编码值1；绝缘格无法连通上下导线，使该支路不通电，输出编码值0；各支路输出的编码值按支路序号排列后组成信号值j的二进制数字序列。
[0038]
参见图3，是本发明实施例提供的直译单元组成的模数变换电路工作原理示意图；模拟信号值为5时，触发编码值为5的直译单元的移动，会使其导电格对应的支路通电，即使得第三支路及第一支路通电，输出编码值1；使其绝缘格对应的支路不通路，即使得第二支路不通路，输出编码值0。该枚直译单元位移后，终端编码转换器将3条支路的编码值按支路序号从小到大的顺序输出，构成数字序列“101”，该数字序列即为模拟信号5的二进制数字信号结果。模数变换完成。
[0039]
信号值为j的模拟信号值触发编码值为j的单元组件移动的过程可采用手动触发或通过设置单片机和对应的机械结构，通过单片机读取模拟信号值，控制对应序号的直译单元移动；
[0040]
需要说明的是，在本实施例中，以信号的电压值作为判断条件为例，说明直译型模数变换电路的具体工作原理。在其他实施例中，还可以信号的其他特征值作为判断条件进行模数转换，例如，信号的电流值等，具体结构和工作原理与本技术类似，在此不作赘述。
[0041]
需要说明的是，在本实施例中，n＝3条，能够实现0～7的二进制编码，在其他实施例中，n为其他正整数时，能够实现0～2
n-1的二进制编码，具体电路结构和工作流程与本实施例类似，在此不作赘述。
[0042]
通过这一设置，可以使终端输出的数字序列与该直译单元上赋值格序列相一致，效果如同将直译单元上的赋值格序列投射到终端。直译单元从而用极快的速度完成模拟信号向数字信号的转换。
[0043]
实施例二
[0044]
本发明另一实施例提供一种直译单元的批量制造方法，所述直译单元适用于上述实施例所述直译单元组成的模数变换电路，参见图4，是本发明实施例提供的一种直译单元批量制造方法的流程示意图，所述方法包括步骤s1～s3：
[0045]
s1，当adc的精度要求为n位，即需要区分2n个模拟信号值梯度时，在绝缘材质片上浇铸n行导电材质，每行需浇铸导电材质的区间选定规则为：将每个浇铸行按其行号i等分为2
i-1
个断通周期，每个断通周期分两段，前半段为断电区间，后半段为通电区间，将每个断通周期的通电区间浇铸为导电材质；
[0046]
s2，以最后一行(即第n行)的断通周期c的一半为宽度，对材料片进行等距裁切，即得到所需的2n枚直译单元，所有直译单元的赋值格序列所对应的编码值等于其排列序号减1；
[0047]
s3，完成裁切后，直接在材料片上铺设支路，每条支路的上下导线靠近对应赋值格，但在初始状态下不同时与赋值格接触。
[0048]
在本实施例具体实施时，在进行二进制编码时，参见图5，是本发明实施例提供的二进制数字与其所编码的十进制数字的对应示意图；图中每一列数字下方对应着它的编码
值。比如第7列的二进制数字序列为(00110)2，其编码值为数值为1的数位的位权之和，即0+0+4+2+0＝(6)
10
。其它所有数值均是如此。
[0049]
所有数位上的0值区间和1值区间等长，并且按先0值区间再1值区间交替分布。这里将1个0值区间加1个1值区间称为1个断通周期，分析得到断通周期规律包括：所有数位的断通周期都是先有0值区间再到1值区间、所有数位都将取值区间等分为若干个完整的断通周期、最高数位(n数位)在取值区间只有1个断通周期；数位每低一级，其断通周期的数量就增加一倍。比如图2中，数位五只有1个断通周期；数位四有2个断通周期，是数位五的2倍；数位三有4个断通周期，是数位四的2倍，对于一个n位二进制数字，其第i个数位的断通周期数ci的计算公式为：ci＝2
n-i
。
[0050]
比如，一个5位二进制数字的第3个数位有2
5-3
＝4个断通周期；一个8位二进数字的第3个数位有2
8-3
＝32个断通周期。
[0051]
基于上述二进制编码的通断周期特征进行直译单元设置，参见图6，是本发明实施例提供的一种绝缘材料片的结构示意图；
[0052]
材料片整体采用绝缘材质，即浅灰区域，局部浇铸导电材质，即深灰区域。当adc的精度要求为n位，即需要区分2n个模拟信号值梯度时，在其材料片上浇铸n行导电材质。每行需浇铸导电材质的区间选定规则为：在材料片上确定n个浇铸行，将每个浇铸行按其行号i等分为2
i-1
个断通周期：第1浇铸行等分为20＝1个断通周期；第2浇铸行等分为21＝2个断通周期；第3浇铸行等分为22＝4个断通周期；第4浇铸行等分为23＝8个断通周期；以此类推，至将第n浇铸行等分为2
n-1
个断通周期。
[0053]
将每一浇铸行上的每个断通周期分两段，前半段为断电区间，后半段为通电区间，将每个断通周期的通电区间浇铸为导电材质；
[0054]
以第n行的断通周期c的一半宽度为裁切宽度，对材料片进行裁切，参见图7，是本发明实施例裁切后的直译单元的结构示意图，图7以分辨率要求5位的直译型adc为例，通过裁切可以得到25＝32枚直译单元。
[0055]
完成裁切后，直接在材料片上铺设支路，每条支路的上下导线靠近对应赋值格，但不同时与赋值格接触。如图8所示，是本发明实施例提供的直译单元的工作示意图，32个直译单元铺设在第1支路～第5支路上。
[0056]
需要说明的是，对n取一具体值来说明工作原理，在本发明提供的其他实施例中，n为正整数，具体工作过程与本实施例类似，在此不作赘述。
[0057]
通过这种方法，可以一次性批量获得编码2n枚梯度值所需要的所有直译单元，无需对每一个单独制造，并且这些直译单元的编码值与其排位有严格的对应关系，非常容易定位和检索。
[0058]
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种直译单元组成的模数变换电路，其特征在于，所述电路由传感器、采样电路、输入导线、平行导线、输出导线、直译单元、终端编码转换器共7种部件组成；当直译型adc的精度要求为n位时，铺设n条支路，每条支路上铺设一对平行导线，平行导线的上导线和下导线分别连接输入导线和输出导线中的一者，上下导线不相接触；在平行导线的长度区间内，铺设2
n
枚直译单元，每枚直译单元分别负责编码2
n
个模拟信号值{0,1,2,3,
…
，2
n-1
}中的一者，所有直译单元编码的模拟信号值不同；精度要求为n位的直译型adc，每枚直译单元上有n个赋值格，赋值格分为采用导电材质的导电格和采用绝缘材质的绝缘格，导电格代表数值1，绝缘格代表数值0；直译单元上的各赋值格按顺序排列后构成赋值格序列，其赋值格序列与其编码的二进制数字序列相对应；在初始状态下，所有直译单元的每个赋值格均位于其对应支路的平行导线的近处，但不与上下导线同时接触；待转换的模拟信号输入后，设备会驱动该模数信号值对应的一枚直译单元发生位移，该直译单元的位移会使其所有赋值格与所在支路上的上下导线同时接触；其中的导电格可使所在支路的上下导线连通，从而使该支路通电，终端编码转换器据此输出编码值1；其中的绝缘格不能构成所在支路的上下导线连通，因此该支路不通电，终端编码转换器据此输出编码值0；该枚直译单元位移后，终端编码转换器将n条支路的编码值按支路序号从小到大的顺序输出，构成一串01数字序列，该数字序列即为待转换模拟信号的二进制数字信号结果，模数转换完成。2.一种直译单元制造方法，其特征在于，所述直译单元适用于权利要求1所述的直译单元组成的模数变换电路，所述方法包括：步骤一，当adc的精度要求为n位，即需要区分2
n
个模拟信号值梯度时，在绝缘材质片上浇铸n行导电材质，每行需浇铸导电材质的区间选定规则为：将第i行等分为2i-1个断通周期，每个断通周期分两段，前半段为断电区间，后半段为通电区间，将每个断通周期的通电区间浇铸为导电材质；步骤二，以最后一行(即第n行)的断通周期c的一半为宽度，对材料片进行等距裁切，即得到所需的2
n
枚直译单元，所有直译单元的赋值格序列所对应的编码值等于其排列序号减1；步骤三，完成裁切后，直接在材料片上铺设n条支路的平行导线，每条支路的平行导线靠近对应赋值格，但初始状态下，上导线和下导线不同时与赋值格接触。

技术总结
本发明公开了一种直译单元组成的模数变换电路及其制造方法，所述电路由传感器、采样电路、输入导线、平行导线、输出导线、直译单元、终端编码转换器共7种部件组成；铺设n条支路，每条支路上铺设一对平行导线；在平行导线的长度区间内，铺设2


技术研发人员：张国流
受保护的技术使用者：张国流
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/21