CN109687871B - 模数转换器 - Google Patents

模数转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN109687871B
CN109687871B CN201811611557.3A CN201811611557A CN109687871B CN 109687871 B CN109687871 B CN 109687871B CN 201811611557 A CN201811611557 A CN 201811611557A CN 109687871 B CN109687871 B CN 109687871B
Authority
CN
China
Prior art keywords
operational amplifier
voltage
dac
analog
amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811611557.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109687871A (zh
Inventor
陈科纶
唐飞扬
朱军辉
孙钰
汝长海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Jicui Micro Nano Automation System And Equipment Technology Research Institute Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Jicui Micro Nano Automation System And Equipment Technology Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Jicui Micro Nano Automation System And Equipment Technology Research Institute Co ltd filed Critical Jiangsu Jicui Micro Nano Automation System And Equipment Technology Research Institute Co ltd
Priority to CN201811611557.3A priority Critical patent/CN109687871B/zh
Publication of CN109687871A publication Critical patent/CN109687871A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109687871B publication Critical patent/CN109687871B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/20—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/08—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种模数转换器。本发明一种模数转换器，包括：由硬件加法器和比例放大器；所述硬件加法器包括两个DAC芯片；数字信号经过所述DAC芯片被转化成电流信号，所述电流信号被引入外接一个线性运算放大器后被转换成相应的模拟电压信号，所述模拟电压信号经过比例放大器后被转化成实际控制需要的电压；所述比例放大器针对硬件加法器产生的电压进行比例放大以达到实际控制需要的电压。有益效果：1.在一定程度上降低了系统噪声，提高了测量的有效位数，将DAC有效位数提高到实际上的32位；2.新的32位高分辨率的DAC在PCB板的布线方面相对容易。

Description

模数转换器
技术领域
本发明涉及电子领域，具体涉及一种模数转换器。
背景技术
在数字系统中，存储和传输信号都是以数字的方式进行的。当数字系统与外界模拟设备进行信息交换时，需要数字模拟转换器(DAC)将数字信号转换成模拟信号，这样能够使数字系统与外界模拟系统进行很好的对接。DAC是计算机系统中不可缺少的接口电路，DAC主要的功能是将数字量的离散信号转换成以标准量为基准的模拟量。DAC在通信、图像处理、仪器仪表以及自动化等领域得到广泛的应用。
传统技术存在以下技术问题：
在一些高精度要求的设计场合中，需要采用32位或以上位数的DAC转换器。传统的32位DAC芯片精度差，噪声较大，有效位数很难达到32位。大多数的32位DAC常用于音频领域，存在一定的局限性，在实际电路设计中很不常用。在PCB布线方面，传统的32位DAC引脚很多，需要外接的输入也比较多，在噪声的处理方面的要求比较高，导致整体布线比较复杂。针对传统32位DAC存在的问题，本发明设计了一种采用16位DAC实现32位高分辨DAC的方案。新的32位高分辨率的DAC在PCB板的布线方面相对容易，降低了系统噪声，提高了测量的有效位数，通用于大多数的电子电路的设计中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种模数转换器，新的DAC的精度是可以根据实际需要进行调节的；可适用于大多数设计电路的需要，即通用性得到了提高，并不仅仅适用于音频领域。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模数转换器，包括：由硬件加法器和比例放大器；
所述硬件加法器包括两个DAC芯片；数字信号经过所述DAC芯片被转化成电流信号，所述电流信号被引入外接一个线性运算放大器后被转换成相应的模拟电压信号，所述模拟电压信号经过比例放大器后被转化成实际控制需要的电压；所述比例放大器针对硬件加法器产生的电压进行比例放大以达到实际控制需要的电压。
在其中一个实施例中，所述硬件加法器包括第一DAC芯片、第一运算放大器、第二DAC芯片和第二运算放大器；VCC、VSS分别给所述第一运算放大器提供正负电压；所述第一运算放大器将第一DAC芯片输出的电流信号转换成电压信号；第一滤波电容一端接在所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接在所述第一DAC芯片的反馈电阻引脚以及运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的正相输入端直接接地，所述第一运算放大器的输出电压为V1；
VCC、VSS分别给所述第二运算放大器提供正负电压；所述第二运算放大器将第二DAC芯片输出的电流信号转换成电压信号；第三滤波电容一端接在所述第二运算放大器的反相输入端，另一端接在所述第二DAC芯片的反馈电阻引脚以及所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的正相输入端直接接地，所述第二运算放大器的输出电压为V3；V2为外接电压端，经过R2和C2构成的滤波电路输出电压为V′，流经此路的电流为
Figure GDA0003800799780000021
所述第一DAC芯片输出的电压V1经过第一负载电阻汇聚到电压为V′点的电流为
Figure GDA0003800799780000031
上面的DAC输出的电压为V3经过第三负载电阻汇聚到电压为V′点的电流为
Figure GDA0003800799780000032
V′点直接接到所述比例放大器的反相输入端。
在其中一个实施例中，所述比例放大器包括第三运算放大器；VCC和VSS分别给所述第三运算放大器提供正负电压；所述第三运算放大器的正相输入端直接接地；第四负载电阻和第四电容构成并联滤波电路一端接到第三运算放大器的反相输入端，另一端接到所述第三运算放大器的输出端。
在其中一个实施例中，所述DAC芯片是16位芯片。
在其中一个实施例中，所述DAC芯片采用并行串口。
本发明的有益效果：
1.在一定程度上降低了系统噪声，提高了测量的有效位数，将DAC有效位数提高到实际上的32位；2.新的32位高分辨率的DAC在PCB板的布线方面相对容易；3.新的32位高分辨率的DAC的通用性较好，适用于绝大部分的电子测量电路；4.新的32位高分辨率的DAC的灵活性较好，可根据实际的需要更改负载电阻的组成，将DAC的有效位数变成实际所要求的分辨率位数。5.此方案的应用电路简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明模数转换器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下面介绍本发明的具体应用场景：
硬件电路主要由硬件加法器电路和比例放大器电路组成。硬件加法器电路主要由两个16位的DAC芯片组成，能够产生高精度的电压。比例放大器电路的作用是针对硬件加法器产生的高精度电压进行比例放大以达到实际控制需要的电压。数字信号经过16位DAC被转化成电流信号，电流信号被引入外接一个高输入阻抗的线性运算放大器后被转换成相应的模拟电压信号，模拟电压信号经过比例放大器后被转化成实际控制需要的电压。具体如下：
结合附图1，对本发明进行进一步详细描述。该方案包括：两个16位ADC；滤波电容C1，C2，C3，C4；运算放大器A1，A2，A3；负载电阻R1，R2，R3，R4；VCC和VSS。
其中16位DAC芯片使用并行接口，好处在于可以快速响应为外部送来的数据，做到实时操作。A1，A2均为高阻抗放大器，VCC、VSS分别给放大器A1提供正负电压，将DAC输出的电流信号转换成电压信号；滤波电容C1一端接在A1的反相输入，另一端接在16位DAC的反馈电阻引脚以及运算放大器的输出端；A1放大器的正相输入端直接接地，A1输出电压为V1；对于运算放大器A2，VCC、VSS分别给放大器A2提供正负电压，将DAC输出的电流信号转换成电压信号；滤波电容C2一端接在A2的反相输入，另一端接在16位DAC的反馈电阻引脚以及运算放大器的输出端；A2放大器的正相输入端直接接地,A2输出电压为V3；V2为外接电压端，经过R2和C2构成的滤波电路输出电压为V′，流经此路的电流为
Figure GDA0003800799780000041
上面的DAC输出的电压为V1经过负载电阻R1汇聚到电压为V′点的电流为
Figure GDA0003800799780000042
上面的DAC输出的电压为V3经过负载电阻R3汇聚到电压为V′点的电流为
Figure GDA0003800799780000043
V′点直接接到比例放大器A3的反相输入端。
VCC、VSS分别给比例放大器A3提供正负电压，比例放大器A3的正相输入端直接接地，R4和C4构成并联滤波电路一端接到A3的反相输入，另一端直接接到A3的输出脚，此时经过R4的电流为
Figure GDA0003800799780000051
根据基尔霍夫电流电路，
Figure GDA0003800799780000052
再根据运算放大器的两条规则，即“虚短”和“虚断”可知：V+＝V-＝0，故V′的电压值为零。
基于此，两块16位DAC正常工作的输出电压分别为
Figure GDA0003800799780000053
Figure GDA0003800799780000054
V2为可变电压，三路输出电压分别经过一个电阻，汇聚到V′点，以此点为参考点，根据基尔霍夫电路定律，三路电流之和为流入V′点的电路等于流出的电路之和，即V′点至V4点之间的电路，具体如下公式：
Figure GDA0003800799780000055
根据运算放大器的两条规则，即“虚短”和“虚断”可知：
V+＝V-＝0 (4)
故V′的电压值为零。
此时，加法器和比例放大器产生的控制电压可以计算为：
Figure GDA0003800799780000056
其中，V2为可变电压。取R1＝R2＝R4，R3＝216R1＝216R4。最后将公式(1)和(2)带入公式(5)，控制电压可以进一步表示为：
Figure GDA0003800799780000061
0≤D1≤216-1，0≤D3≤216-1其中，D1等效为32位DAC中的高16位，D3等效为32位DAC中的低16位，即采用16位的DAC实现了32位高分辨的DAC所具有的分辨率。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种模数转换器，其特征在于，包括：由硬件加法器和比例放大器；
所述硬件加法器包括两个DAC芯片；数字信号经过所述DAC芯片被转化成电流信号，所述电流信号被引入外接一个线性运算放大器后被转换成相应的模拟电压信号，所述模拟电压信号经过比例放大器后被转化成实际控制需要的电压；所述比例放大器针对硬件加法器产生的电压进行比例放大以达到实际控制需要的电压；
所述硬件加法器包括第一DAC芯片、第一运算放大器、第二DAC芯片和第二运算放大器；VCC、VSS分别给所述第一运算放大器提供正负电压；所述第一运算放大器将第一DAC芯片输出的电流信号转换成电压信号；第一滤波电容一端接在所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接在所述第一DAC芯片的反馈电阻引脚以及运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的正相输入端直接接地，所述第一运算放大器的输出电压为V1；
VCC、VSS分别给所述第二运算放大器提供正负电压；所述第二运算放大器将第二DAC芯片输出的电流信号转换成电压信号；第三滤波电容一端接在所述第二运算放大器的反相输入端，另一端接在所述第二DAC芯片的反馈电阻引脚以及所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的正相输入端直接接地，所述第二运算放大器的输出电压为V3；V2为外接电压端，经过R2和C2构成的滤波电路输出电压为V′，流经此路的电流为
Figure FDA0003800799770000011
所述第一DAC芯片输出的电压V1经过第一负载电阻汇聚到电压为V′点的电流为
Figure FDA0003800799770000012
上面的DAC输出的电压为V3经过第三负载电阻汇聚到电压为V′点的电流为
Figure FDA0003800799770000013
V′点直接接到所述比例放大器的反相输入端。
2.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述比例放大器包括第三运算放大器；VCC和VSS分别给所述第三运算放大器提供正负电压；所述第三运算放大器的正相输入端直接接地；第四负载电阻和第四电容构成并联滤波电路一端接到第三运算放大器的反相输入端，另一端接到所述第三运算放大器的输出端。
3.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述DAC芯片是16位芯片。
4.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述DAC芯片采用并行串口。
CN201811611557.3A 2018-12-27 2018-12-27 模数转换器 Active CN109687871B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811611557.3A CN109687871B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 模数转换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811611557.3A CN109687871B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 模数转换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109687871A CN109687871A (zh) 2019-04-26
CN109687871B true CN109687871B (zh) 2023-03-10

Family

ID=66190466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811611557.3A Active CN109687871B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 模数转换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109687871B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110377087A (zh) * 2019-05-24 2019-10-25 湖南银河电气有限公司 一种基于数字电位器的幅度调节装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8384577B1 (en) * 2011-04-28 2013-02-26 Rockwell Collins, Inc. Voltage-mode, series-connected, segmented, optically-isolated, power digital-to-analog converter
CN106774586A (zh) * 2017-03-27 2017-05-31 深圳怡化电脑股份有限公司 用于光电传感器的恒流控制电路及自助存取款设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7792185B2 (en) * 2007-02-07 2010-09-07 International Business Machines Corporation Methods and apparatus for calibrating output voltage levels associated with current-integrating summing amplifier

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8384577B1 (en) * 2011-04-28 2013-02-26 Rockwell Collins, Inc. Voltage-mode, series-connected, segmented, optically-isolated, power digital-to-analog converter
CN106774586A (zh) * 2017-03-27 2017-05-31 深圳怡化电脑股份有限公司 用于光电传感器的恒流控制电路及自助存取款设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN109687871A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0884077A (ja) アナログ／デジタル変換装置
CN109714058B (zh) 基于并联结构的数模转换器dac
CN109687871B (zh) 模数转换器
JP2014120840A (ja) 半導体装置及びオフセット電圧の補正方法
CN115065326B (zh) 模拟前端电路、芯片及电子设备
US6995700B2 (en) High-resolution digital-to-analog converter
EP0536209B1 (en) Repetitive cell matching technique for integrated circuits
EP0415080A2 (en) Device for converting unbalanced analog electric signals into fully-differential signals
CN112468103B (zh) 一种提高共模抑制比的差分采样电路及方法
US6963238B2 (en) Level shift circuit
CN102545907B (zh) 数模转换器
CN102868405B (zh) 一种并联模数信号转换装置
US8456337B1 (en) System to interface analog-to-digital converters to inputs with arbitrary common-modes
CN220067405U (zh) 数模转换装置和信号处理设备
CN109510623B (zh) 模拟至数字转换器
US6642779B2 (en) Trimming impedance between two nodes connected to a non-fixed voltage level
CN202750073U (zh) 一种并联模数信号转换装置
CN221261107U (zh) 电流高精度采样装置及电流控制设备
CN216350924U (zh) 一种电压采样调理电路
CN117713824B (zh) 一种高压输入连续时间模数转换器
CN111736650B (zh) 一种积分器电路
CN219834120U (zh) 数模转换电路、数模转换芯片及电子设备
CN114665881B (zh) 一种电阻型dac电路结构及数模转换器
WO1992019045A1 (en) Precision digital-to-analog converter
CN216013975U (zh) 一种接口板控制模块

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 215100 South 3rd and 4th Floors of Huanxiu Lake Building, Xiangcheng High-speed Railway New Town, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant after: JIANGSU JICUI MICRO-NANO AUTOMATION SYSTEM AND EQUIPMENT TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

Address before: 215100 F003 workstation, 3rd floor, 58 South Tiancheng Road, Xiangcheng High-speed Railway New Town, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant before: JIANGSU JICUI MICRO-NANO AUTOMATION SYSTEM AND EQUIPMENT TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant