CN104283446A - 基于单芯片的直流到交流信号的转换电路 - Google Patents

基于单芯片的直流到交流信号的转换电路 Download PDF

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Abstract

本发明是一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，该电路由正弦波象限拟合电路、线性细分电路、跟随电路和计数电路组成；采用0、-12V、12V的多电位CMOS工艺将上述电路集成实现在芯片上；其电路连接顺序为：计数电路连接正弦波象限拟合电路和线性细分电路，正弦波象限拟合电路连接线性细分电路，线性细分电路连接跟随电路，实现连续可调50Hz~20KHz频率的高精度交流正弦信号输出。本发明的显著优点是：应用外围电路简单，转换正弦交流信号波形失真度小，稳定性好，体积小，可靠性高。

Description

基于单芯片的直流到交流信号的转换电路
技术领域
本发明属于直流到交流信号转换集成电路领域，特别是涉及一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路。
背景技术
在直流到交流信号转换电路中，目前常用的数字电路方法和模拟电路及其方法，其具有以下缺点：数字电路方法使用数字电路的查表法，电路复杂，使用DSP芯片核，速度较慢，结构复杂。模拟电路方法使用自激RC相移式正弦波振荡电路，其外围电路复杂，高频时输出波形失真度较差，调试困难。
发明内容
本发明所要解决的方法问题是针对现有方法的不足，提供一种应用外围电路简单、波形失真度小、稳定性好、可靠性高的单芯片的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路。
本发明所要解决的方法问题是通过以下的方法方案来实现的。本发明是一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特点是：该电路由正弦波象限拟合电路、线性细分电路、跟随电路和计数电路组成；采用0、-12V、12V的多电位CMOS工艺将上述电路集成实现在芯片上；其电路连接顺序为：计数电路连接正弦波象限拟合电路和线性细分电路，正弦波象限拟合电路连接线性细分电路，线性细分电路连接跟随电路，实现连续可调50Hz~20KHz频率的高精度交流正弦信号输出。
本发明所要解决的方法方案还可以通过以下的方法方案来进一步实现。 以上所述的一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特点是：在电路工作时，输入时钟方波振荡信号经过计数电路产生12位二进制数据BIT1~BIT12，其中BIT2~BIT5输入正弦波象限拟合电路、BIT1、BIT6~BIT12输入线性细分电路；同时输入1V~10V参考直流电压经过正弦波象限拟合电路结合计数电路BIT2~BIT5数据，输出相差11.25°的差值信号到线性细分电路；线性细分电路结合计数电路BIT1、BIT6~BIT12数据输出细分正弦信号到跟随电路；最后经过跟随电路，输出高精度交流正弦信号；输出波形方程为：
式中：T为波形；t为时间；Vin为输入1V~10V参考直流电压，同时也是是输出波形幅值；tc为输入参考时钟源周期时间；输出波形频率为：，式中：f为输入参考时钟源频率，F为输出交流正弦信号频率。
本发明所要解决的方法方案还可以通过以下的方法方案来进一步实现。以上所述的一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特点是：所述的正弦波拟合电路由Vsin45°电压产生电路、Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路组成；其连接方式为：Vsin45°电压产生电路连接Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin22.5°电压产生电路连接Vsin11.25°电压产生电路；在电路工作时，输入参考直流信号Vin和Vgnd信号输入Vsin45°电压产生电路、Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin45°电压产生电路产生Vsin45°信号输入sin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin22.5°电压产生电路产生Vsin22.5°和Vsin67.5°信号输入Vsin11.25°电压产生电路，Vsin11.25°电压产生电路结合输入的BIT2~BIT5数据产生Vsin11.25°、Vsin33.75°、Vsin56.25°和Vsin78.75° 信号输出；最终得到半波的交流正弦信号。
本发明所要解决的方法方案还可以通过以下的方法方案来进一步实现。以上所述的一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特点是：线性细分电路由DAC电路和方向选择电路组成；其中连接方式为：DAC电路连接方向选择电路，BIT6~BIT12数据信号连接DAC电路，BIT1数据信号连接方向选择电路；在电路工作时，BIT6~BIT12数据信号输入DAC电路，信号和信号输入DAC电路，前式中：n=0，1，2，…，3；m=0，1，…，4；DAC电路对相差11.25°的2个信号进行近似线性转换，输出的细分信号输入方向选择电路，通过BIT1数据信号进行正负选择；当BIT1为0时选择开关接1，细分信号正向输出；当BIT1为1时选择开关接2，细分信号反向输出，最终得到完整的交流正弦信号Vac。
本发明所要解决的方法方案还可以通过以下的方法方案来进一步实现。以上所述的一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特点是：跟随电路接受交流正弦信号Vac，输出跟随的高精度交流正弦信号Vout，起到隔离内外电路，防止外部电路影响内部转换精度的作用。
与现有技术相比，本发明电路的显著优点为：其应用外围电路简单，转换正弦交流信号，波形失真度小，稳定性好，体积小，可靠性高。经实验验证，其波形失真度小于1%，输出信号连续可调1V~10V幅值，全温度范围为频率稳定度小于1%。
附图说明
图1为本发明电路的框图 ；
图2为正弦波拟合电路结构图；
图3为细分电路结构图； 
图4为多功能信号变换输入电路不同模式电路结构图；
图5为波形划分示意图；
图6为信号线性化划分示意图。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特征在于：该电路由正弦波象限拟合电路、线性细分电路、跟随电路和计数电路组成；采用0、-12V、12V的多电位CMOS工艺将上述电路集成实现在芯片上；其电路连接顺序为：计数电路连接正弦波象限拟合电路和线性细分电路，正弦波象限拟合电路连接线性细分电路，线性细分电路连接跟随电路，实现连续可调50Hz~20KHz频率的高精度交流正弦信号输出。电路结构如图1所示。
实施例2，实施例1所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路：在电路工作时，输入时钟方波振荡信号经过计数电路产生12位二进制数据BIT1~BIT12，其中BIT2~BIT5输入正弦波象限拟合电路、BIT1、BIT6~BIT12输入线性细分电路；同时输入1V~10V参考直流电压经过正弦波象限拟合电路结合计数电路BIT2~BIT5数据，输出相差11.25°的差值信号到线性细分电路。线性细分电路结合计数电路BIT1、BIT6~BIT12数据输出细分正弦信号到跟随电路。最后经过跟随电路，输出高精度交流正弦信号。其结构如图1所示。输出波形方程为：（T为波形；t为时间；Vin为输入1V~10V参考直流电压，同时也是是输出波形幅值；tc为输入参考时钟源周期时间），输出波形频率为：（f为输入参考时钟源频率、F为输出交流正弦信号频率）。
实施例3，实施例1或2所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路：所述的正弦波拟合电路由Vsin45°电压产生电路、Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路组成；其连接方式为：Vsin45°电压产生电路连接Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin22.5°电压产生电路连接Vsin11.25°电压产生电路；在电路工作时，输入参考直流信号Vin和Vgnd信号输入Vsin45°电压产生电路、Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin45°电压产生电路产生Vsin45°信号输入sin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin22.5°电压产生电路产生Vsin22.5°和Vsin67.5°信号输入Vsin11.25°电压产生电路，Vsin11.25°电压产生电路结合输入的BIT2~BIT5数据产生Vsin11.25°、Vsin33.75°、Vsin56.25°和Vsin78.75° 信号输出；最终得到半波的交流正弦信号。
根据SIN角度信号关于180°中心对称的性质。由0o～180o的SIN角度信号可以等效于负的180o～360o的SIN角度信号。根据SIN角度信号关于90°轴对称的性质。由0o～90o的SIN角度信号可以等效于90o～180o的SIN角度信号。最后在正弦乘法电路中采用分段转化模式将角度变化量由0o～90o分解到近似到线性的11.25区间，最后在送入低11位线性DA电路进行进一步近似线性转换。如图5、6所示。
正弦波拟合电路如图2所示， 正弦波拟合电路转换时，将输入的直流电平信号和地信号等效为和，即Vin= ，Vgnd=；在45°转换电路中将相差90°的两路信号进行比例组合得到：；再将、、输入22.5°段转换电路；在22.5°转换电路中将相差45°的两路信号进行比例组合可以的到：
再将、、、、输入11.25°转换电路；
在11.25°转换电路中将相差22.5°的两路信号进行加法运算并乘以修正系数可以的到：
。
最后再把相差11.25°的2个信号和（其中n=0，1，2，…，3；m=0，1，…，4），送入线性细分电路进行进一步近似到线性转换。
实施例4，参照图3和4，实施例1或2或3所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路：线性细分电路由DAC电路和方向选择电路组成；其中连接方式为：DAC电路连接方向选择电路，BIT6~BIT12数据信号连接DAC电路，BIT1数据信号连接方向选择电路；在电路工作时，BIT6~BIT12数据信号输入DAC电路，信号和信号输入DAC电路，前式中：n=0，1，2，…，3；m=0，1，…，4；DAC电路对相差11.25°的2个信号进行近似线性转换，输出的细分信号输入方向选择电路，通过BIT1数据信号进行正负选择；当BIT1为0时选择开关接1，细分信号正向输出；当BIT1为1时选择开关接2，细分信号反向输出，最终得到完整的交流正弦信号Vac。通过180输入象限选择信号进行翻转实现后180°~360°的完整交流正弦信号Vac。
实施例5，实施例1－4任何一项所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路中，跟随电路接受交流正弦信号Vac，输出跟随的高精度交流正弦信号Vout，起到隔离内外电路，防止外部电路影响内部转换精度的作用。

Claims (5)

1.一种基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特征在于：该电路由正弦波象限拟合电路、线性细分电路、跟随电路和计数电路组成；采用0、-12V、12V的多电位CMOS工艺将上述电路集成实现在芯片上；其电路连接顺序为：计数电路连接正弦波象限拟合电路和线性细分电路，正弦波象限拟合电路连接线性细分电路，线性细分电路连接跟随电路，实现连续可调50Hz~20KHz频率的高精度交流正弦信号输出。
2.根据权利要求1所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特征在于，在电路工作时，输入时钟方波振荡信号经过计数电路产生12位二进制数据BIT1~BIT12，其中BIT2~BIT5输入正弦波象限拟合电路，BIT1、BIT6~BIT12输入线性细分电路；同时输入1V~10V参考直流电压经过正弦波象限拟合电路结合计数电路BIT2~BIT5数据，输出相差11.25°的差值信号到线性细分电路；线性细分电路结合计数电路的BIT1、BIT6~BIT12数据输出细分正弦信号到跟随电路；最后经过跟随电路，输出高精度交流正弦信号；输出波形方程为：
式中：T为波形；t为时间；Vin为输入直流参考同时是输出波形幅值；tc为输入参考时钟源周期时间；
输出波形频率为：   
式中：f为输入参考时钟源频率，F为输出交流正弦信号频率。
3.根据权利要求1所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特征在于：所述的正弦波拟合电路由Vsin45°电压产生电路、Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路组成；其连接方式为：Vsin45°电压产生电路连接Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin22.5°电压产生电路连接Vsin11.25°电压产生电路；在电路工作时，输入参考直流信号Vin和Vgnd信号输入Vsin45°电压产生电路、Vsin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin45°电压产生电路产生Vsin45°信号输入sin22.5°电压产生电路和Vsin11.25°电压产生电路，Vsin22.5°电压产生电路产生Vsin22.5°和Vsin67.5°信号输入Vsin11.25°电压产生电路，Vsin11.25°电压产生电路结合输入的BIT2~BIT5数据产生Vsin11.25°、Vsin33.75°、Vsin56.25°和Vsin78.75° 信号输出；最终得到半波的交流正弦信号。
4.根据权利要求1所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特征在于，线性细分电路由DAC电路和方向选择电路组成；其中连接方式为：DAC电路连接方向选择电路，BIT6~BIT12数据信号连接DAC电路，BIT1数据信号连接方向选择电路；在电路工作时，BIT6~BIT12数据信号输入DAC电路，信号和信号输入DAC电路，前式中：n=0，1，2，…，3；m=0，1，…，4；DAC电路对相差11.25°的2个信号进行近似线性转换，输出的细分信号输入方向选择电路，通过BIT1数据信号进行正负选择；当BIT1为0时选择开关接1，细分信号正向输出；当BIT1为1时选择开关接2，细分信号反向输出，最终得到完整的交流正弦信号Vac。
5.根据权利要求4所述的基于单芯片的直流到交流信号的转换电路，其特征在于，跟随电路接受交流正弦信号Vac，输出跟随的高精度交流正弦信号Vout，起到隔离内外电路，防止外部电路影响内部转换精度的作用。
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