CN111181565A

CN111181565A - 用于音频数模转换的r2r电阻网络及音频数模转换装置

Info

Publication number: CN111181565A
Application number: CN202010064991.5A
Authority: CN
Inventors: 边仿
Original assignee: Hifiman Tianjin Technology Co ltd
Current assignee: Head Direct Kunshan Co ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明提供一种用于音频数模转换的R2R电阻网络，包括多个相互连接的R2R电阻结构，R2R电阻结构中的至少一个电阻结构由偶数个电阻构成，偶数个电阻中至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。本发明利用通过采用与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对并联构成电阻结构实现低精度电阻构建高精度电阻，提高音频数模转换的精度，同时降低生产成本。

Description

用于音频数模转换的R2R电阻网络及音频数模转换装置

技术领域

本发明涉及音频数模转换领域，尤其涉及一种用于音频数模转换的R2R电阻网络及音频数模转换装置。

背景技术

影音娱乐市场的不断发展，推动了音频核心技术不断发展。随着计算机技术、互联网技术的发展，数字模拟转换器(Digital to analog converter，DAC)音乐信息的数字存储、传输和播放比不可少的技术手段。DAC是一种将数字信号转换为模拟信号(以电流、电压或电荷的形式)的设备。DAC将以数字方式存储和传输的信号转换为模拟信号，再通过电声转换装置转换为声音信号，而为人们所感知。

现有DAC架构包括电阻串、R2R网络和电流源阵列三种。其中电阻串和R2R网络架构DAC具有成本低、体积小、精度适合的优点而在音频转换领域广泛使用。但这两种架构中阻值精度对还原模拟波的精度影响严重，增大音频谐波失真，而通过选用高精度电阻的方式加以避免会提高生产成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺点，提出一种用于音频数模转换的R2R电阻网络及音频数模转换装置，解决现有技术中电阻精度提高成本高的问题。

第一方面，本发明提供一种用于音频数模转换的R2R电阻网络，包括多个相互连接的R2R电阻结构，R2R电阻结构中的至少一个电阻结构由偶数个电阻构成，偶数个电阻中至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。

优选的，电阻偏差幅度小于等于0.5％。优选的，电阻偏差幅度小于等于0.3％。更优选的，电阻偏差幅度小于等于0.1％。

第二方面，本申请还提供一种音频数模转换装置，包括逻辑控制单元、基准电压单元和电阻网络，基准电压单元向电阻网络提供基准电压，逻辑控制单元根据音频数字信号控制电阻网络切换输出模拟信号，R2R电阻结构中的至少一个电阻结构由偶数个电阻构成，偶数个电阻中至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。

优选的，电阻偏差幅度小于等于0.1％。

优选的，R2R电阻网络包括多个相互连接的R2R电阻结构，第一基准电压输入节点，第二基准电压输入节点，多个切换单元和电压信号输出节点，R2R电阻结构的2R输入端连接切换单元，R2R电阻结构的R输出端连接电压信号输出节点；基准电压单元提供第一基准电压和第二基准电压；切换单元受逻辑控制单元控制进行切换，向R2R电阻结构输送第一基准电压或第二基准电压，R2R电阻结构输出信号到电压信号输出节点。优选的，R2R电阻网络为单极性R2R电阻网络或双极性R2R电阻网络。

优选的，R2R电阻网络包括相互连接的多个R2R电阻结构，基准电压输入节点，多个切换单元，第一电流信号输出节点和第二电流信号输出节点，R2R电阻结构的R输入端连接基准电压输入节点，R2R电阻结构的2R输出端连接切换单元的输入端，切换单元的输出端在第一电流信号输出节点和第二电流信号输出节点间切换；基准电压单元提供基准电压；切换单元受逻辑控制单元控制进行切换，向第一电流信号输出节点或者第二电流信号输出节点输出电流信号。

优选的，R2R电阻网络采用埋入式或嵌入式布设在PCB板中。

根据本发明的上述方案，本发明利用并联方式实现低精度电阻构建高精度电阻，通过采用与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对并联构成电阻结构进一步提高电阻的精度的同时降低了生产成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明一实施例的R2R电阻网络结构的基本结构示意图。

图2为本发明一实施例的R2R电阻网络结构的结构示意图。

图3为本发明另一实施例的R2R电阻网络结构的结构示意图。

图4为本发明再一实施例的R2R电阻网络结构的结构示意图。

图5为本发明一实施例的音频数模转换装置的结构示意图。

图6为本发明一实施例的电阻网络的结构示意图。

图7为本发明另一实施例的电阻网络的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本说明书技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例1

参见图1所示，图1为本发明一实施例R2R的电阻网络由R电阻结构和2R电阻结构采用梯形连接方式构成，电阻结构的阻值大小无要求，只要2R电阻结构和R电阻结构的阻值满足2倍关系即可。R2R电阻网络具有结构简单，便于直接搭建，输出阻抗恒定且容易计算，便于实现输出阻抗匹配。

本实施例提供的R2R电阻网络中的R电阻结构和/或2R电阻结构可以通过电阻并联方式构成，通过选取与电阻结构目标阻值误差在阈值范围以内的多个电阻并联构成。电阻并联复合结构中的电阻数量根据精度要求和制备工艺要求选择，优选偶数个电阻。由于并联方式电阻阻值的分散性，可以大幅图提高电阻的精度，同时抑制温漂，有效减少电阻发热，减少温度变化产生的电阻误差。而且，可以采用多个成本较低的精度低的电阻并联成高精度电阻，在提高精度的同时降低制造成本。参见图2所示，R2R电阻结构中的R电阻结构由两个电阻并联构成。参见图3所示，R2R电阻结构中的2R电阻结构由两个电阻并联构成。参见图4所示，R2R电阻结构中的R电阻结构和2R电阻结构均由两个电阻并联构成。通过，电阻选用精度高的金属膜电阻和控制电阻阻值误差可以进一步提高电阻结构精度，优选电阻阻值误差小于等于0.5％，优选小于等于0.3％，更优为小于等于0.1％。

为进一步提高电阻结构的阻值精度，电阻结构中的多个电阻中至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。以电阻结构由两个电阻并联构成为例，电阻结构的目标阻值为10KΩ，选择两个20KΩ电阻并联构成，其中两个电阻的阻值与20KΩ偏差幅度相等但偏差相反。以偏差1％为例，两电阻为20200Ω与19800Ω，计算可得并联后的电阻阻值为(20200*19800)/(20200+19800)＝399960000/40000＝9999，与10KΩ电阻的误差值1Ω，为1/10000＝0.0001＝0.01％。由此，精度由百分之一提高至万分之一。

实施例2

请参考图5，图5为本发明一实施例的音频数模转换装置的结构示意图。本实施例的音频数模转换装置500，包括：逻辑控制单元510、基准电压单元520和电阻网络530，基准电压单元520向电阻网络530提供基准电压，逻辑控制单元510根据音频数字信号控制电阻网络530切换输出模拟信号.本实施例的电阻网络530采用实施例1中的任意一种R2R网络结构，其中的R电阻结构和/或2R电阻结构由偶数个电阻并联构成，至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。并联电阻采用埋入式或嵌入式方式布设到PCB板中，能够有效减少电阻的空间占用。

请参考图6，图6为本发明一实施例的电阻网络的结构示意图。本实施例中的R2R电阻网络630可以包括相互连接的多个R2R电阻结构631，第一基准电压输入节点Vref1，第二基准电压输入节点Vref2，多个切换单元632和电压信号输出节点Vout。一个R2R电阻结构631的2R输入端与一个切换单元632的输出端连接，R2R电阻结构6531的R输出端连接电压信号输出节点Vout。切换单元632输入端连接第一基准电压输入节点Vref1和第二基准电压输入节点Vref2。基准电压单元向R2R电阻网络提供第一基准电压和第二基准电压。切换单元632受逻辑控制单元控制进行切换，向R2R电阻结构631输送第一基准电压或者第二基准电压。多个R2R电阻结构631输出信号到电压信号输出节点Vout。多个R2R电阻结构631中的R电阻结构和/或2R电阻结构由偶数个电阻并联构成，至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。

R2R电阻网络可以采用单极性输入方式，第一基准电压和第二基准电压中的一个为接地信号，另一个小于等于外部电源电压。优选的，R2R电阻网络采用双极性输入方式，第一基准电压小于第二基准电压即可，第一基准电压和第二基准电压不必限制电压正负，提高参考电压的选择灵活性。

请参考图7，图7为本发明另一实施例的电阻网络的结构示意图。本实施例中的R2R电阻网络700还可以包括相互连接的多个R2R电阻结构731，基准电压输入节点Vref，多个切换单元732，第一电流信号输出节点Iout1和第二电流信号输出节点Iout2。一个R2R电阻结构731的R输入端与基准电压输入节点Vref连接，R2R电阻结构731的2R输出端连接切换单元732的输入端，切换单元732的输出端在第一电流信号输出节点Iout1和第二电流信号输出节点Iout2间切换。切换单元732受逻辑单元控制进行切换，向第一电流信号输出节点Iout1或者第二电流信号输出节点Iout2输出电流信号。多个R2R电阻结构731中的R电阻结构和/或2R电阻结构由偶数个电阻并联构成，至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。

综上，本发明利用并联方式实现低精度电阻构建高精度电阻，提高音频数模转换的精度，同时降低生产成本。通过采用与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对并联构成电阻结构进一步提高电阻的精度和降低生产成本。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于音频数模转换的R2R电阻网络，包括多个相互连接的R2R电阻结构，其特征在于：所述R2R电阻结构中的至少一个电阻结构由偶数个电阻构成，所述偶数个电阻中至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。

2.根据权利要求1所述的用于音频数模转换的R2R电阻网络，其特征在于：所述电阻偏差幅度小于等于0.5％。

3.根据权利要求2所述的用于音频数模转换的R2R电阻网络，其特征在于：所述电阻偏差幅度小于等于0.3％。

4.根据权利要求3所述的用于音频数模转换的R2R电阻网络，其特征在于：所述电阻偏差幅度小于等于0.1％。

5.一种音频数模转换装置，包括逻辑控制单元、基准电压单元和电阻网络，所述基准电压单元向所述电阻网络提供基准电压，所述逻辑控制单元根据音频数字信号控制所述电阻网络切换输出模拟信号，其特征在于：所述R2R电阻结构中的至少一个电阻结构由偶数个电阻构成，所述偶数个电阻中至少包括一对与目标电阻值成正偏差和负偏差且电阻偏差幅度相等的电阻对。

6.根据权利要求5所述的音频数模转换装置，其特征在于：所述电阻偏差幅度小于等于0.1％。

7.根据权利要求5所述的音频数模转换装置，其特征在于：所述R2R电阻网络包括多个相互连接的R2R电阻结构，第一基准电压输入节点，第二基准电压输入节点，多个切换单元和电压信号输出节点，所述R2R电阻结构的2R输入端连接所述切换单元，所述R2R电阻结构的R输出端连接所述电压信号输出节点；

所述基准电压单元提供第一基准电压和第二基准电压；

所述切换单元受所述逻辑控制单元控制进行切换，向所述R2R电阻结构输送所述第一基准电压或所述第二基准电压，所述R2R电阻结构输出信号到所述电压信号输出节点。

8.根据权利要求7所述的音频数模转换装置，其特征在于：所述R2R电阻网络为单极性R2R电阻网络或双极性R2R电阻网络。

9.根据权利要求5所述的音频数模转换装置，其特征在于：所述R2R电阻网络包括相互连接的多个R2R电阻结构，基准电压输入节点，多个切换单元，第一电流信号输出节点和第二电流信号输出节点，所述R2R电阻结构的R输入端连接所述基准电压输入节点，所述R2R电阻结构的2R输出端连接所述切换单元的输入端，所述切换单元的输出端在第一电流信号输出节点和第二电流信号输出节点间切换；

所述基准电压单元提供基准电压；

所述切换单元受所述逻辑控制单元控制进行切换，向所述第一电流信号输出节点或者第二电流信号输出节点输出电流信号。

10.根据权利要求7或9所述的音频数模转换装置，其特征在于：所述R2R电阻网络采用埋入式或嵌入式布设在PCB板中。