CN103731024A - 基于开关周期改变的信号抖动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于开关周期改变的信号抖动系统及方法，包括信号抖动电路，将DC-DC开关电源电路和信号抖动电路相连接时，信号抖动电路中的振荡器控制模块的输入端与DC-DC开关电源电路中的补偿器的输出端相连接，信号抖动电路中的振荡器的输出端与DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器的输入端相连接，通过判断补偿器输出信号的最低有效位对开关频率微扰，给振荡器控制模块加入噪声信号，产生扰动电压，振荡器根据扰动电压，产生开关频率，实现信号的抖动，提高信号的分辨率，使得较低分辨率的脉冲宽度调制器能够运用在DC-DC开关电源电路中，既可以有效的节约芯片面积，同时明显增加信号的分辨率，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种基于开关周期改变的信号抖动系统及方法。
背景技术
信号抖动(Dither)技术已应用在很多方面，如控制系统中利用抖动(Dither)进行雷达天线的自适应补偿；数字音频视频信号中利用抖动(Dither)降低量化效应；图像处理系统利用抖动(Dither)信号，使3~4比特分辨率的模拟-数字转换器（ADC）表现出6~7比特分辨精度的良好图像。信号抖动(Dither)技术的使用范围越来越广，带来的有益效果越来越受到人们的重视，但目前的数字信号处理中的信号抖动(Dither)技术是通过信号最低有效位（LSB）将信号相邻的几个开关周期的占空比做平均，以得到平均值，来提高控制信号占空比的精度，这样的做法需要大量的额外电路，且数字化的平均化实现方法不可避免的引入抖动纹波。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了基于开关周期改变的信号抖动系统，通过对工作频率加入一定的扰动， 即对开关控制信号的频率引入抖动(Dither)，来补偿开关信号的量化误差，在不增加芯片的面积的情况下，应用抖动(Dither)效应，使较低分辨率的控制信号获得较高分辨率的控制效果。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于开关周期改变的信号抖动系统，包括DC-DC开关电源电路，所述DC-DC开关电源电路包括模拟--数字转换器、补偿器以及脉冲宽度调制器，所述模拟-数字转换器通过补偿器与脉冲宽度调制器相连接，其特征在于：还包括信号抖动电路，所述信号抖动电路包括振荡器控制模块和与振荡器控制模块相连接的振荡器，所述振荡器控制模块的输入端与补偿器的输出端相连接，所述振荡器的输出端与脉冲宽度调制器的输入端相连接。
前述的基于开关周期改变的信号抖动系统，其特征在于：在同等位宽下，所述脉冲宽度调制器的分辨率大于模拟-数字转换器的分辨率。
前述的基于开关周期改变的信号抖动系统，其特征在于：所述补偿器的输出端的最低有效位为振荡器控制模块提供噪音信号。
基于开关周期改变的信号抖动方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，构建信号抖动电路；
步骤二，将所述信号抖动电路与DC-DC开关电源电路相连接；
步骤三，所述DC-DC开关电源电路中的补偿器向信号抖动电路中的振荡器控制模块发送最低有效位的噪音信号，使得振荡器控制模块产生扰动电压；
步骤四，所述扰动电压输入到振荡器中；
步骤五，所述振荡器根据扰动电压产生开关频率，改变开关信号，实现信号的抖动；
步骤六，将所述实现抖动的信号输入至DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器中，提高脉冲宽度调制器的分辨率，实现电路的稳定。
前述的基于开关周期改变的信号抖动方法，其特征在于：所述步骤二中信号抖动电路与DC-DC开关电源电路的连接方式为将信号抖动电路中的振荡器控制模块的输入端与DC-DC开关电源电路中的补偿器的输出端相连接，将信号抖动电路中的振荡器的输出端与DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器的输入端相连接。
本发明的有益效果是：本发明提供的基于开关周期改变的信号抖动系统及方法，主要包括信号抖动电路，在将DC-DC开关电源电路和信号抖动电路相连接时，信号抖动电路中的振荡器控制模块的输入端与DC-DC开关电源电路中的补偿器的输出端相连接，信号抖动电路中的振荡器的输出端与DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器的输入端相连接。通过判断补偿器输出信号的最低有效位对开关频率微扰，即把最低有效位的信号与振荡器控制模块相连接，给振荡器控制模块加入噪声信号，产生扰动电压，然后输入到振荡器中，振荡器根据扰动电压，产生开关频率，进而改变开关信号，实现信号的抖动，提高信号的分辨率，使得较低分辨率的脉冲宽度调制器能够运用在DC-DC开关电源电路中，获得较好的电路稳定性。由此，在不增加额外电路的情况下，通过对工作频率加入抖动(Dither)，来优化控制效果，既可以有效的节约芯片面积，同时明显增加信号的分辨率。
附图说明
图1是本发明的基于开关周期改变的信号抖动系统的拓扑图。
附图标记含义如下：
1：模拟--数字转换器；2：补偿器；3：脉冲宽度调制器；4：振荡器控制模块；5：振荡器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，基于开关周期改变的信号抖动系统，包括DC-DC开关电源电路和信号抖动电路，DC-DC开关电源电路包括模拟--数字转换器1、补偿器2以及脉冲宽度调制器3，模拟-数字转换器1通过补偿器2与脉冲宽度调制器3相连接。由控制原理可知，为了避免极限环振荡的产生，在同等位宽下，脉冲宽度调制器3的分辨率一定要大于模拟-数字转换器1的分辨率，这就要求使用分辨率较高的脉冲宽度调制器。由于脉冲宽度调制器的分辨率和时钟关系密切，脉冲宽度调制器的分辨率和时钟的大小成正比，脉冲宽度调制器的分辨率高，对时钟的要求则随之提高，在不增加额外电路的情况下，增加信号抖动电路，信号抖动电路包括振荡器控制模块4和与振荡器控制模块4相连接的振荡器5，振荡器控制模块4为振荡器5的数字控制电路，用于控制振荡器5频率的输出，振荡器控制模块4的输入端与补偿器2的输出端相连接，振荡器5的输出端与脉冲宽度调制器3的输入端相连接，补偿器2的输出端的最低有效位为振荡器控制模块4提供噪音信号，使得振荡器控制模块4产生被扰动的控制电压即扰动电压，扰动电压输入到振荡器5中，振荡器5根据扰动电压，产生开关频率，进而产生抖动信号，则提高了信号的分辨率，信号输入至脉冲宽度调制器中，使得整个电路在没有连接额外电路的情况下也能获得较好的稳定性。本发明采用控制开关频率的方法产生信号抖动，增加信号的分辨率，省去了连接大量额外电路的繁琐和功耗，有效增加电路的稳定性，具有良好的应用前景。
基于开关周期改变的信号抖动方法，包括以下步骤，
步骤一，构建信号抖动电路；
步骤二，将信号抖动电路与DC-DC开关电源电路相连接；
步骤三，DC-DC开关电源电路中的补偿器向信号抖动电路中的振荡器控制模块发送最低有效位的噪音信号，使得振荡器控制模块产生扰动电压；
步骤四，扰动电压输入到振荡器中；
步骤五，振荡器根据扰动电压产生开关频率，改变开关信号，实现信号的抖动；
步骤六，将实现抖动的信号输入至DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器中，提高脉冲宽度调制器的分辨率，实现电路的稳定。
其中，步骤二中信号抖动电路与DC-DC开关电源电路的连接方式为：将信号抖动电路中的振荡器控制模块的输入端与DC-DC开关电源电路中的补偿器的输出端相连接，将信号抖动电路中的振荡器的输出端与DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器的输入端相连接。
本发明的信号抖动系统的原理为：补偿器输出信号的最低有效位作为一种低比特抖动信号，将其与振荡器的数字控制信号相加，即对振荡器的输出频率加入一种低频扰动信号，被扰动的频率输入到脉冲宽度调制器中作为其工作时钟，由此产生了一个被引入低频噪声的开关控制信号，通过这种抖动(Dither)效应，达到补偿量化误差，改善输出电压的精度及提高稳定性的作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.基于开关周期改变的信号抖动系统，包括DC-DC开关电源电路，所述DC-DC开关电源电路包括模拟--数字转换器、补偿器以及脉冲宽度调制器，所述模拟-数字转换器通过补偿器与脉冲宽度调制器相连接，其特征在于：还包括信号抖动电路，所述信号抖动电路包括振荡器控制模块和与振荡器控制模块相连接的振荡器，所述振荡器控制模块的输入端与补偿器的输出端相连接，所述振荡器的输出端与脉冲宽度调制器的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于开关周期改变的信号抖动系统，其特征在于：在同等位宽下，所述脉冲宽度调制器的分辨率大于模拟-数字转换器的分辨率。
3.根据权利要求1所述的基于开关周期改变的信号抖动系统，其特征在于：所述补偿器的输出端的最低有效位为振荡器控制模块提供噪音信号。
4.基于权利要求1所述的基于开关周期改变的信号抖动系统的信号抖动方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，构建信号抖动电路；
步骤二，将所述信号抖动电路与DC-DC开关电源电路相连接；
步骤三，所述DC-DC开关电源电路中的补偿器向信号抖动电路中的振荡器控制模块发送最低有效位的噪音信号，使得振荡器控制模块产生扰动电压；
步骤四，所述扰动电压输入到振荡器中；
步骤五，所述振荡器根据扰动电压产生开关频率，改变开关信号，实现信号的抖动；
步骤六，将所述实现抖动的信号输入至DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器中，提高脉冲宽度调制器的分辨率，实现电路的稳定。
5.根据权利要求4所述的基于开关周期改变的信号抖动方法，其特征在于：所述步骤二中信号抖动电路与DC-DC开关电源电路的连接方式为将信号抖动电路中的振荡器控制模块的输入端与DC-DC开关电源电路中的补偿器的输出端相连接，将信号抖动电路中的振荡器的输出端与DC-DC开关电源电路中的脉冲宽度调制器的输入端相连接。
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