CN111490784B - 一种模数转换器及模数转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模数转换器及模数转换方法，模数转换器包括：残差放大信号生成模块用于将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号得到残差放大信号；数字信号生成模块将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接得到第二预设位数的数字信号，第二预设位数大于第一预设位数。本发明将模拟信号对应的数字信号的预设高位转换成对应的数字信号，将模拟信号与数字信号预设高位对应的模拟信号相减，将其差值放大，生成模拟信号的残差放大信号，由残差放大信号及模拟信号对应的数字信号的预设高位拼接成高位数数字信号，从而提高了模数转换的转换精度及分辨率。

Description

一种模数转换器及模数转换方法
技术领域
本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种模数转换器及模数转换方法。
背景技术
通常使用数字技术而非模拟技术来实现电子设备(诸如例如，电视机和其它音频/视频设备)。通常，数字技术变得越先进，将模拟信号转换成适于数字技术实现的数字信号的任务变得越苛刻。采样速度和精度是模数转换器(ADC)最重要的两个性能指标，由于两者相互制约，单片ADC很难同时实现高采样率和高分辨率，同时高性能的ADC技术不仅是集成电路的设计、工艺问题，也是高速数据采集及高速数字信号处理发展的瓶颈之一。现有技术中采样率和分辨率都很高的ADC往往价格高，并且其输出精度较差。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的采样率和分辨率都很高的ADC，其价格高及输出精度较差的缺陷，从而提供一种模数转换器及模数转换方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种模数转换器，包括：残差放大信号生成模块，用于将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号；数字信号生成模块，用于将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接，得到第二预设位数的数字信号，第二预设位数大于第一预设位数。
在一实施例中，模数转换器还包括：放大倍数调整模块，用于根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数。
在一实施例中，残差放大信号生成模块包括：第一模数转换器，用于将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号；数模转换器，用于将第一预设位数的数字信号的预设高位转换成对应的模拟信号；残差信号生成放大单元，用于将模拟信号与第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号作差，得到残差信号，并将残差信号放大，得到残差放大信号。
在一实施例中，数字信号生成模块包括：第二模数转换器，用于将残差放大信号转换成残差放大信号的数字信号。
在一实施例中，放大倍数调整模块通过控制第一预设位数的数字信号的预设低位，与第二预设位数的数字信号的预设高位相等，来确定放大倍数。
在一实施例中，放大倍数调整模块为可编程增益放大器。
第二方面，本发明实施例提供一种模数转换方法，包括：将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号；将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接，得到第二预设位数的数字信号，第二预设位数大于第一预设位数。
在一实施例中，模数转换方法还包括：根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数。
在一实施例中，将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号的过程，包括：将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号；将第一预设位数的数字信号的预设高位转换成对应的模拟信号；将模拟信号与第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号作差，得到残差信号，并将残差信号放大，得到残差放大信号。
在一实施例中，根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数的过程，包括：通过控制第一预设位数的数字信号的预设低位，与第二预设位数的数字信号的预设高位相等，来确定放大倍数
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的模数转换器及模数转换方法，将模拟信号对应的数字信号的预设高位转换成对应的数字信号，并将模拟信号与数字信号预设高位对应的模拟信号相减，并将其差值放大，生成模拟信号的残差放大信号，并由残差放大信号及模拟信号对应的数字信号的预设高位拼接成高位数数字信号，从而提高了模数转换的转换精度及分辨率。
2.本发明提供的模数转换器及模数转换方法，通过控制模拟信号对应的数字信号的预设低位与高位数数字信号的预设高位相等，从而反馈调节残差信号的放大倍数，克服了由于第一模数转换器及第二模数转换器的参数差异及温度影响带来的偏差，实现了对模数转换器的校准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的模数转换器的一个具体示例的组成图；
图2为本发明实施例提供的模数转换器的另一个具体示例的组成图；
图3为本发明实施例提供的模数转换器的另一个具体示例的组成图；
图4为本发明实施例提供的模数转换器的另一个具体示例的组成图；
图5为本发明实施例提供的模数转换方法的一个具体示例的流程图；
图6为本发明实施例提供的模数转换方法的另一个具体示例的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种模数转换器，应用于需要将模拟信号转换成高位数数字信号，并利用高位数数字信号数字信号开展后续信号处理的场合，如图1所示，包括：
残差放大信号生成模块1，用于将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号。
如图2所示，残差放大信号生成模块包括：第一模数转换器11，用于将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号。数模转换器12，用于将第一预设位数的数字信号的预设高位转换成对应的模拟信号。残差信号生成放大单元13，用于将模拟信号与第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号作差，得到残差信号，并将残差信号放大，得到残差放大信号，其中放大倍数调整模块为可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，简称PGA)。
本发明实施例利用低分辨率的ADC，即第一模数转换器11，将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号。由于模拟信号中含有毛刺等小信号，会影响分辨率，因此为了提高模数转换器的分辨率，将第一预设位数的数字信号的预设高位转换成对应的模拟信号，然后将模拟信号与第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号作差。并将其差值放大，从而得到残差信号。
为了进一步举例说明，如图3所示，假设第一模数转换器11为8位模数转换器，数模转换器12为4位数模转换器，则第一模数转换器11将模拟信号转换为8位的低位数数字信号(即第一预设位数的数字信号)，数模转换器12(DAC)将低位数数字信号的高4位转换为其对应的模拟信号，PGA将模拟信号减去低位数数字信号的高4位对应的模拟信号，得到残差信号，且PGA将残差信号放大得到残差放大信号，其中PGA的初始增益为8，初始增益值通过2(N -1)设定，其中，N为第一模数转换器11的位数。
数字信号生成模块2，用于将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接，得到第二预设位数的数字信号，第二预设位数大于第一预设位数。如图2所示，第二模数转换器21，用于将残差放大信号转换成残差放大信号的数字信号。
本发明实施例为了得到高分辨率的高位数数字信号，利用第二模数转换器21将残差放大信号转换成其对应的数字信号，并将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接，从而得到高位数数字信号。
为了进一步举例说明，如图3所示，假设第二模数转换器为8位模数转换器，其将残差放大信号转换成对应的8位数字信号，具体拼接过程为：将低位数数字信号的高4位(即第一预设位数的数字信号的预设低位)作为高位数数字信号(第二预设位数的数字信号)的高4位，将8位残差放大信号的数字信号作为高位数数字信号的低8位，从而得到12位的高位数数字信号。
本发明实施例提供的模数转换器，将模拟信号对应的数字信号的预设高位转换成对应的数字信号，并将模拟信号与数字信号预设高位对应的模拟信号相减，并将其差值放大，生成模拟信号的残差放大信号，并由残差放大信号及模拟信号对应的数字信号的预设高位拼接成高位数数字信号，从而提高了模数转换的转换精度及分辨率。
在一具体实施例中，如图4所示，模数转换器还包括：
放大倍数调整模块3，用于根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数。具体地，放大倍数调整模块3通过控制第一预设位数的数字信号的预设低位，与第二预设位数的数字信号的预设高位相等，来确定放大倍数。
为了避免第一模数转换器11及第二模数转换器21参数差异，以及其受温度的影响带来的偏差，设置残差信号的放大倍数的调整模块，具体的，如图3所示，利用低位数数字信号的低4位(即第一预设位数的数字信号的预设低位)，及高位数数字信号的高4位(即第二预设位数的数字信号的预设高位)相等，从而反馈调节PGA的增益，即确定残差信号的放大倍数。
需要说明的是，第一模数转换器11、数模转换器12以及第二模数转换器21的转换位数可以根据需求具体设定，此处不作限制。
本发明实施例提供的模数转换器，将模拟信号对应的数字信号的预设高位转换成对应的数字信号，并将模拟信号与数字信号预设高位对应的模拟信号相减，并将其差值放大，生成模拟信号的残差放大信号，并由残差放大信号及模拟信号对应的数字信号的预设高位拼接成高位数数字信号，从而提高了模数转换的转换精度及分辨率；通过控制模拟信号对应的数字信号的预设低位与高位数数字信号的预设高位相等，从而反馈调节残差信号的放大倍数，克服了由于第一模数转换器及第二模数转换器的参数差异及温度影响带来的偏差，实现了对模数转换器的校准。
实施例2
本发明实施例提供一种模数转换方法，如图5所示，包括：
步骤S1：将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号。
如图6所示，步骤S1可以通过步骤S11～步骤S13分步实施：
步骤S11：将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号。
步骤S12：将第一预设位数的数字信号的预设高位转换成对应的模拟信号。
步骤S13：将模拟信号与第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号作差，得到残差信号，并将残差信号放大，得到残差放大信号。
本发明实施例将模拟信号转换为低位数数字信号(即第一预设位数的数字信号)，同时利用残差放大信号对应的数字信号与低位数数字信号的预设高位进行拼接，从而得到高位数数字信号。
例如：将模拟信号转换为8位数字信号，然后将8位数字信号的高4位转换成其对应的模拟信号，将模拟信号与8位数字信号的高4位对应的模拟信号作差，得到残差信号，然后将残差信号放大8倍，得到残差放大信号。
步骤S2：将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接，得到第二预设位数的数字信号，第二预设位数大于第一预设位数。
为了进一步举例说明，如图3所示，假设第二模数转换器为8位模数转换器，其将残差放大信号转换成对应的8位数字信号，具体拼接过程为：将低位数数字信号的高4位(即第一预设位数的数字信号的预设低位)作为高位数数字信号(第二预设位数的数字信号)的高4位，将8位残差放大信号的数字信号作为高位数数字信号的低8位，从而得到12位的高位数数字信号。
在一具体实施例中，模数转换方法还包括：
根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数。具体地，可以通过控制第一预设位数的数字信号的预设低位，与第二预设位数的数字信号的预设高位相等，来确定放大倍数。
为了避免第一模数转换器及第二模数转换器参数差异，以及其受温度的影响带来的偏差，设置残差信号的放大倍数的调整模块，具体的，如图3所示，利用低位数数字信号的低4位(即第一预设位数的数字信号的预设低位)，及高位数数字信号的高4位(即第二预设位数的数字信号的预设高位)相等，从而反馈调节PGA的增益，即确定残差信号的放大倍数。
本发明实施例提供的模数转换方法，将模拟信号对应的数字信号的预设高位转换成对应的数字信号，并将模拟信号与数字信号预设高位对应的模拟信号相减，并将其差值放大，生成模拟信号的残差放大信号，并由残差放大信号及模拟信号对应的数字信号的预设高位拼接成高位数数字信号，从而提高了模数转换的转换精度及分辨率；通过控制模拟信号对应的数字信号的预设低位与高位数数字信号的预设高位相等，从而反馈调节残差信号的放大倍数，克服了由于第一模数转换器及第二模数转换器的参数差异及温度影响带来的偏差，实现了对模数转换器的校准。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种模数转换器，其特征在于，包括：
残差放大信号生成模块，用于将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号；
数字信号生成模块，用于将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接，得到第二预设位数的数字信号，所述第二预设位数大于所述第一预设位数；
放大倍数调整模块，用于根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数；
所述放大倍数调整模块通过控制第一预设位数的数字信号的预设低位，与第二预设位数的数字信号的预设高位相等，来确定放大倍数。
2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述残差放大信号生成模块包括：
第一模数转换器，用于将所述模拟信号转换成第一预设位数的数字信号；
数模转换器，用于将第一预设位数的数字信号的预设高位转换成对应的模拟信号；
残差信号生成放大单元，用于将所述模拟信号与第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号作差，得到残差信号，并将所述残差信号放大，得到残差放大信号。
3.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述数字信号生成模块包括：
第二模数转换器，用于将残差放大信号转换成残差放大信号的数字信号。
4.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述放大倍数调整模块为可编程增益放大器。
5.一种模数转换方法，其特征在于，包括：
将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号；
将残差放大信号的数字信号及第一预设位数的数字信号的预设低位进行拼接，得到第二预设位数的数字信号，所述第二预设位数大于所述第一预设位数；
根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数；
所述根据第一预设位数的数字信号的预设低位，及第二预设位数的数字信号的预设高位，调整残差放大信号的放大倍数的过程，包括：通过控制第一预设位数的数字信号的预设低位，与第二预设位数的数字信号的预设高位相等，来确定放大倍数。
6.根据权利要求5所述的模数转换方法，其特征在于，所述将模拟信号转换成第一预设位数的数字信号，并根据模拟信号及第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号，得到残差放大信号的过程，包括：
将所述模拟信号转换成第一预设位数的数字信号；
将第一预设位数的数字信号的预设高位转换成对应的模拟信号；
将所述模拟信号与第一预设位数的数字信号的预设高位的模拟信号作差，得到残差信号，并将所述残差信号放大，得到残差放大信号。
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