CN101039118B - 一种数字模拟转换系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字模拟转换系统及方法，包括步骤：接收频率为F_O的N位的原始数字数据的输入；对输入的原始数据的高M位进行取样，其中，N≥M；对输入的原始数据的低(N-M)位中的高Q位进行取样；对经取样的Q位数据以周期为1/F_O，占空比为进行脉宽调制，产生一位输出数据；将取样后的高M位数据以2^Q×F_O的频率依次与经脉宽调制后的一位数据相加；将加载脉宽调制数据后的M位数据送入数字模拟转换器以2^Q×F_O的频率进行转换输出。按照本发明系统及方法，可实现在原有低阶数字模拟转换器基础上输出高阶数字模拟转换器的效果，从而具有提升成本效益的优势，在音频播放上可得到更好的音质。

Description

一种数字模拟转换系统及方法

技术领域

本发明涉及数字/模拟转换技术，具体地说，是涉及一种提高数字-模拟转换器分辨率的数字模拟转换系统及方法。

背景技术

目前，数字-模拟转换器(DAC)应用于各类电子产品中，并且起着重要的作用。特别是一些涉及音频的产品，DAC的精度是音频播放质量的重要因素之一，但是一般的高精度DAC不仅价格昂贵，且占用宝贵的板空间。

一般的，在信号数字化处理过程中，原始语音信号经过量化和编码后信号质量会有所衰减。很多时候，原始数据源的位宽大于DAC的位宽，大部分的处理方式为舍弃低位，如图1所示：N位的原始高阶数据源舍弃低(N-M)位，输入M位的低阶DAC中后，以DAC现有的频率转换输出；其中，N＞M。

而为了能够得到高质量的输出播放音质，大部分语音信号输出即数字-模拟信号转换输出包括了两种方式，一种是采用高精度DAC，另一种则为采用脉宽调制(PWM)的形式。然而，采用高精度DAC其芯片本身面积增加，结构复杂，且整个系统成本比较高。另外，PWM形式多采用调整脉宽调变信号的脉冲宽度来调整音频输出，而实际应用中PWM脉冲宽度的调变受到CPU速度的影响。

中国专利申请第200410100343.1号公开了一种用于光记录介质的记录和/或再现装置，其具有用于提高数-模转换器的分辨率的部件，透过该部件量化数据源的较低有效位，并将量化结果加载到除了较高有效位最大值外的较高有效位，从而提高了DAC的输出信号分辨率。然而，其仅仅针对于光记录介质和/或再现装置的伺服调整电路的DAC，其脉冲密度方法和脉冲宽度方法使得输出的信号产生抖动，即使经过滤波，也并不适用于音频播放，且是通过增加硬件装置对低有效位进行量化提高DAC的分辨率的，因此增加了电路成本。

因此，如何提供一种数字模拟转换系统及方法，来实现在原有的低阶DAC的基础上输出高阶DAC的效果，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种数字模拟转换系统及方法，来提高数模转换器的分辨率、精度，来实现在原有的低阶DAC的基础上输出高阶DAC的效果。

为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：

一种数字模拟转换系统，包括具有M位处理能力的数字模拟转换器，还包括：

原始数据输入装置，用于以F_O的频率输入N位的原始数字数据，其中，N≥M；

高M位取样装置，用于对输入的原始数据的高M位进行取样；

低Q位取样装置，用于对输入的原始数据的低(N-M)位中的高Q位进行取样；

脉宽调制装置，用于对所述取样的Q位数据以周期为1/F_O，占空比为

进行脉宽调制，产生一位输出数据；

加法器，用于将所述取样后的高M位数据以2^Q×F_O的频率依次与经脉宽调制后的一位脉宽调制数据相加；

其中，所述数字模拟转换器，用于接收所述加载脉宽调制数据后的M位数据，并以2^Q×F_O的频率进行转换输出。

本发明所述系统及方法，通过采用更高频率对因低阶DAC分辨率有限而不被送入到DAC的较低有效位进行有效的处理，从而将该低有效位以PWM数据的形式加载到与该低阶DAC同样位宽的高位数据上，进而改善了数模转换器的分辨率、精度，实现了低阶DAC输出高阶DAC的效果，从而具有提升成本效益的优势，且在音频播放上利用该方法可以得到更好的音质。

本发明所要解决的技术问题、技术方案要点及有益效果，将结合实施例，参照附图作进一步的描述。

附图说明

图1为原始高阶数据源经过低阶DAC处理的示意图；

图2为本发明实施例所述系统示意图；

图3为本发明另一实施例所述系统示意图；

图4为一现有低阶DAC输出波形示意图；

图5为本发明实施例所述舍弃位PWM数据加载波形图示意图；

图6为现有技术中原始声音播放流程图；

图7为本发明实施例所述方法对原始高阶数据源处理流程图。

具体实施方式

在实际应用中，由于受硬件的限制，DAC的位数比较低，而声音的数据位往往大于DAC的位数，这样，在播放声音时通常就会舍弃低位的声音数据，导致声音质量的衰减。本发明通过利用高频率中断，在原低阶DAC的基础上，加载PWM，即，在输出高位声音数据的基础上加载了低位声音数据的脉冲，从而达到用低阶DAC来产生高阶DAC音质的效果。

本发明所述实施例所述方法的处理过程如下，低阶DAC具有M位数字处理能力：

1)、高阶数据源的输入，该数据源为N位，其中，N≥M；

2)、取样数据源高M位，其中，M为低阶DAC位数；

3)、取样舍弃的低Q位，其中，Q是舍弃的(N-M)位中高Q位，其中，Q≤(N-M)；

4)、将3)中所述的取样的Q位数据以PWM数据的形式与2)中所述高M位数据以2^Q*F₀的频率相加；这里取样的Q位数据以PWM数据的形式是指，该PWM数据是以1/F_O为一个脉宽调制周期，占空比为

的波形数据，其中，F_O为所述数字模拟转换器的现有频率。

5)、低阶DAC接收4)中所述加载PWM数据后的M位数据，并以Fc频率进行转换输出，其中Fc＝2^Q*F₀，从而使该低阶DAC的分辨率得以提高。

在上述过程中，在步骤2)之后，我们可以先通过一个溢出判断的过程判断取出的高M位数据是否为最大值，(例如，如果是8位数据，最大值就是OxFF)，如果是最大值，则直接输出至DAC以Fc＝2^Q*F_O的频率进行转换输出；如果不是最大值，再通过步骤3)取样舍弃的低Q位。

参照图2，本发明实施例所述系统包括：原始数据输入装置、高M位取样装置、低Q位取样装置、脉宽调制装置、加法器，以及具有M位处理能力且现有频率为F_O的数字模拟转换器。

其中，N位的原始数字数据通过原始数据输入装置发送至高M位取样装置(其中，N≥M)，高M位取样装置对收到的原始数据的高M位进行取样，并将取样的M位数据分别发送至低Q位取样装置和加法器；低Q位取样装置对输入的原始数据的低(N-M)位中的高Q位进行取样并将取样结果数据发送至脉宽调制装置(其中，Q≤(N-M))，脉宽调制装置对所述经取样的Q位数据进行脉宽调制，这里采用的脉宽调制是以1/F_O为一个脉宽调制周期，占空比为

然后，脉宽调制装置将所述经脉宽调制后的数据发送至加法器与所述经取样后的高M位数据以2^Q*F_O的频率进行相加；加法器将所述加载脉宽调制数据后的M位数据发送至所述具有M位处理能力的数字模拟转换器，并以Fc的频率进行转换输出，Fc＝2^Q*F_O。

如图3所示，在上述系统中，还可以增加一个溢出判断装置，来判断所述高M位取样装置取样的M位数据是否是最大值，如果是，则将所述高M位取样装置取样后的数据直接送入所述数字模拟转换器以Fc＝2^Q*F_O的频率进行转换输出；如果不是，则将所述高M位取样装置取样后的数据分别发送至低Q位取样装置及加法器。

参照图4、5，图4为一现有低阶DAC输出波形示意图，图5为本发明实施例所述低舍弃位PWM数据加载波形示意图，其中，所示舍弃位PWM处理是对应于图4一现有低阶DAC转换输出的样本数据，该舍弃位为两位数据，因此本发明以现有DAC输出转换频率F_O的4倍频率Fc进行输出，其加载PWM数据后的M位数据输出如下：

当该二低有效位为00时：加载PWM后的输出数据为：Data、Data、Data、Data；(此时，PWM脉宽调制后的占空比为0，也就是原始输出数据不变)

当该二低有效位为01时，加载PWM后的输出数据为：Data、Data、Data、Data+1；(此时，PWM脉宽调制后的占空比为1/4)

当该二低有效位为10时，加载PWM后的输出数据为：Data、Data、Data+1、Data+1；(PWM脉宽调制后的占空比为2/4)

当该二低有效位为11时，加载PWM后的输出数据为：Data、Data+1、Data+1、Data+1。(PWM脉宽调制后的占空比为3/4)

如图6所示，为现有技术中原始声音播放流程图；首先，取出原始数据，然后，调整数据指针，最后，将输出原始数据高M位到M阶DAC进行转换输出。在该过程中，如果原始声音数据大于M位，则舍弃低位数据，对音质效果产生影响。

如图7所示，本发明实施例所述方法对原始高阶数据源处理流程图。首先，判断原始数据源加载PWM波形是否结束，如果是，则调整数据指针到下一个原始数据，如果否，则取出原始数据高M位，然后以2^Q*F_O的频率加载舍弃位的低Q位数据进行处理后的PWM波形，且该PWM波形周期为1/F_O、占空比为

即将取样出的高M位数据以2^Q*F_O的频率依次和PWM输出的1bit数据进行相加，最后输出到M阶DAC以Fc的转换频率进行转换输出，其中Fc＝2^Q*F_O。

例如，所述原始高阶数据源为16bit数据，所述低阶DAC为10位，原始输出采用8KHz中断。

一8kHz、16位的PCM原始声音数据串：0x8000 0x8B1D 0x95E30xA000 0xA923 0xB106 0xB76C 0xBC23 0xBF07 0xC000 0xBF070xBC23 0xB76C 0xB106 0xA923 0xA000 0x95E3 0x8B1D 0x8000，如果使用16位MCU SPCE061A不加任何处理、直接采用8kHz的中断输出播放，则由于SPCE061A的DAC为10位，因此只输出该段数据的高10位，而低6位会被舍弃。

本发明的方法即为取样分析舍弃掉的低6bit，例如仅取样其中的两位，将其按照上述流程图进行分析处理，首先取出的高位数据为：0x80000x8B1D 0x95E3......，同时取出舍弃的低6bit中的高2bit为：00B 01B10B......，生成的1bit PWM数据为：0B 0B 0B 0B，0B 0B 0B 1B，0B 0B 1B 1B，......；然后以32KHz的频率相加得到数据为：0x80000x8000 0x8000 0x8000，0x8B1D 0x8B1D 0x8B1D 0x8B5D，0x95E30x95E3 0x9623 0x9623，......，最后输出到10bit DAC并以32KHz中断进行转换输出播放。从而将舍弃掉的数据重新加载到高10位数据上，使得10位DAC能够输出12位DAC的声音波形，实现了在低阶DAC实现高阶DAC的效果，降低了系统成本，改善了音频播放的效果。

其中，实施例中所述SPCE061的10bit DAC可以用其它的DAC来替换，且对舍弃位的取样也可以根据需要适当的增加，相应的输出频率依照公式：输出频率＝原始输出频率*2^取样位进行调整。

本发明所述的一种数字模拟转换系统及方法，并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明之领域，对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的优点和进行修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (4)

1.一种数字模拟转换系统，包括具有M位处理能力的数字模拟转换器，其特征在于，还包括：

原始数据输入装置，用于以F_O的频率输入N位的原始数字数据，其中，N≥M；

高M位取样装置，用于对输入的原始数据的高M位进行取样；

低Q位取样装置，用于对输入的原始数据的低(N-M)位中的高Q位进行取样，其中Q≤(N-M)；

脉宽调制装置，用于对所述取样的Q位数据以周期为1/F_O，占空比为

进行脉宽调制，产生一脉宽调制数据；

加法器，用于将所述取样后的高M位数据以2^Q×F_O的频率依次与所述经脉宽调制后的一位脉宽调制数据进行相加；

其中，所述数字模拟转换器，用于接收加载脉宽调制数据后的M位数据，并以2^Q×F_O的频率进行转换输出。

2.如权利要求1所述的数字模拟转换系统，其特征在于，进一步包括：溢出判断装置，用于判断所述高M位取样装置取样的M位数据是否是最大值，如果是，则将所述高M位取样装置取样后的数据直接送入所述数字模拟转换器进行转换输出。

3.一种数字模拟转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)接收频率为F_O的N位的原始数字数据的输入；

2)对输入的原始数据的高M位进行取样，其中，N≥M；

3)对输入的原始数据的低(N-M)位中的高Q位进行取样，其中，Q≤(N-M)；

4)对所述经取样的Q位数据以周期为1/F_O，占空比为

进行脉宽调制；

5)将所述经取样后的高M位数据以2^Q×F_O的频率依次与所述经脉宽调制后的一位脉宽调制数据相加；

6)将加载脉宽调制数据后的M位数据送入数字模拟转换器，以2^Q×F_O的频率进行转换输出。

4.如权利要求3所述的数字模拟转换方法，其特征在于，所述步骤2)后，进一步包括：判断所述高M位取样数据是否是最大值，如果是，则将所述高M位取样数据直接送入所述数字模拟转换器进行转换输出；如果否，则进入步骤3)。

Images