CN114629498B - 多通道数字-模拟信号转换器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种多通道数字‑模拟信号转换器，包括：交直流转换单元，用于将输入的交流信号转换为直流信号；直流降压稳压单元，与所述交直流转换单元相连，用于对所述直流信号进行降压稳压处理，得到可调基准电压和电源电压；滤波单元，与所述直流降压稳压单元相连，用于分别对所述可调基准电压和电源电压进行滤波，以得到目标基准电压和目标工作电压；以及数模转换单元，与所述滤波单元相连，用于在目标基准电压和目标工作电压的作用下，将通过SPI串行接口接收到的上位机发送的数字信号转换为模拟信号并输出。
Description
技术领域
本公开涉及电路及电子设备技术领域，尤其涉及一种多通道数字-模拟信号转换器。
背景技术
ADC(Analog-to-Digital Converter)即模拟数字转换器，是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备。典型的模拟数字转换器将模拟信号转换为表示一定比例电压值的数字信号。然而，有一些模拟数字转换器并非纯的电子设备，例如旋转编码器，也可以被视为模拟数字转换器。模拟数字转换器可以提供用于测量的信号。与模拟数字转换器相对应的设备称为数字模拟转换器，简称数模转换器，又称D/A转换器或DAC(Digital to Analog Converter)，它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器。
在计算机控制系统中，须经各种检测装置，以连续变化的电压或电流作为模拟量，随时提供被控制对象的有关参数(如速度、压力、温度等)而进行控制。计算机的输入必须是数字量，故需用模数转换器达到控制目的。然而目前的数字-模拟信号转换器输出带宽、输出通道和输出分辨率很难满足实际的需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种多通道数字-模拟信号转换器，以缓解现有技术中数字-模拟信号转换器输出带宽不足、输出通道较少、输出分辨率较低等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种多通道数字-模拟信号转换器，包括：交直流转换单元，用于将输入的交流信号转换为直流信号；直流降压稳压单元，与所述交直流转换单元相连，用于对所述直流信号进行降压稳压处理，得到可调基准电压和电源电压；滤波单元，与所述直流降压稳压单元相连，用于分别对所述可调基准电压和电源电压进行滤波，以得到目标基准电压和目标工作电压；以及数模转换单元，与所述滤波单元相连，用于在目标基准电压和目标工作电压的作用下，将通过SPI串行接口接收到的上位机发送的数字信号转换为模拟信号并输出。
根据本公开实施例，所述直流降压稳压单元，通过LDO进行降压，并减小交流信号转换为直流信号过程中所带来的纹波。
根据本公开实施例，所述滤波单元，包括：基准电压滤波单元，用于对可调基准电压进行滤波得到目标基准电压；以及电源电压滤波单元，用于对电源电压进行滤波得到目标电源电压。
根据本公开实施例，所述目标基准电压为用于限制数模转换单元输出电压最大值。
根据本公开实施例，所述数模转换单元，包括：SPI串行接口，与上位机相连；数模转换模块，与所述SPI串行接口相连；DAC控制逻辑模块，与所述SPI串行接口相连；以及输出通道，用于输出模拟信号。
根据本公开实施例，SPI串行接口接收的上位机发送的信号包括：SDI，SCLK，SYNC。
根据本公开实施例，DAC控制逻辑模块接收的控制逻辑的输入信号包括：LDAC，RST，CLR，BUSY。
根据本公开实施例，所述SPI串行接口还用于配置所述数模转换模块的输出增益量、输出偏移量、以及数模转换模块的输出模式；所述数模转换模块的输出模式包括：透传输出模式、同步输出模式。
根据本公开实施例，所述输出增益量是指输出模拟信号幅度所乘上的增益倍数，对输出模拟信号的峰峰值进行控制；所述输出偏移量是指输出模拟信号范围上相加的偏移值，对输出模拟信号的中心值进行控制。
根据本公开实施例，所述透传输出模式是指当待输出数据传输到输出寄存器时直接输出到输出通道中，不进行任何控制的输出模式；所述同步输出模式是指输出数据传输到输出寄存器后暂时不输出，当DAC控制逻辑模块的控制端口中出现输出信号时，再由输出寄存器向输出通道中输出数据的输出模式。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开多通道数字-模拟信号转换器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)具有较高的输出带宽，可达25kHz；
(2)具有较多的输出通道数量，可达64路以上；
(3)具有较好的分辨率，可达14bit以上；
(4)能够连续可调输出电压范围，并且可以设置所有输出通道同步进行输出。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了本公开实施例的多通道数字-模拟信号转换器的组成示意图。
具体实施方式
本公开提供了一种多通道数字-模拟信号转换器，包括交直流转换单元、直流降压稳压单元、电源电压滤波单元、基准电压滤波单元以及数模转换单元。本公开的多通道数字-模拟信号转换器具有较高的输出带宽、较多的输出通道数和较好的分辨率。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中，提供一种多通道数字-模拟信号转换器，如图1所示，所述多通道数字-模拟信号转换器，包括：
交直流转换单元，用于将输入的交流信号转换为直流信号；
直流降压稳压单元，与所述交直流转换单元相连，用于对所述直流信号进行降压稳压处理，得到可调基准电压和电源电压；
滤波单元，与所述直流降压稳压单元相连，用于分别对所述可调基准电压和电源电压进行滤波，以得到目标基准电压和目标工作电压；以及
数模转换单元，与所述滤波单元相连，用于在目标基准电压和目标工作电压的作用下，将通过SPI串行接口接收到的上位机发送的数字信号转换为模拟信号并输出。
根据本公开实施例，直流降压稳压单元，通过LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)进行降压，并减小交流信号转换为直流信号过程中所带来的纹波。所述直流降压稳压单元可以提供线性精密可调的基准电压。
根据本公开实施例，所述滤波单元，包括：基准电压滤波单元，用于对可调基准电压进行滤波得到目标基准电压；以及电源电压滤波单元，用于对电源电压进行滤波得到目标电源电压。
根据本公开实施例，所述目标基准电压为用于限制数模转换单元输出电压最大值。
根据本公开实施例，数模转换单元，包括：SPI串行接口，与上位机相连；数模转换模块(例如为数模转换芯片)，与所述SPI串行接口相连；DAC控制逻辑模块，与所述SPI串行接口相连；以及输出通道(图示为16路输出通道)，用于输出模拟信号。所述数模转换模块的一输入端与所述电源电压滤波单元的输出端连接，所述数模转换单元的另一输入端与所述基准电压滤波单元的输出端连接。所述SPI串行接口的输出端的输出信号为：SDO；SPI串行接口接收的上位机发送的信号包括：SDI，SCLK，SYNC。DAC控制逻辑模块接收的控制逻辑的输入信号包括：LDAC，RST，CLR，BUSY。
根据本公开实施例，还可以通过SPI串口对数模转换单元进行编程，选择特定的输出模式，并将信号增益和数据偏移量的值串行输入片内，通过改变基准电压值和输入到SDI的数据值，就可以输出频率、相位和幅度可调的信号波形。
所述SPI串行接口还用于配置所述数模转换模块的输出增益量、输出偏移量、以及数模转换模块的输出模式；所述数模转换模块的输出模式包括：透传输出模式、同步输出模式。所述输出增益量是指输出模拟信号幅度所乘上的增益倍数，对输出模拟信号的峰峰值进行控制；所述输出偏移量是指输出模拟信号范围上相加的偏移值，对输出模拟信号的中心值进行控制。所述透传输出模式是指当待输出数据传输到输出寄存器时直接输出到输出通道中，不进行任何控制的输出模式；所述同步输出模式是指输出数据传输到输出寄存器后暂时不输出，当DAC控制逻辑模块的控制端口中出现输出信号时，再由输出寄存器向输出通道中输出数据的输出模式。
下表1为数模转换单元相关端口的信号的详细说明：
表1
上述方案所属的多通道数字-模拟信号转换器具有具有较高的输出带宽、较多的输出通道和较好的输出分辨率，能够连续可调输出电压范围，并且可以设置所有输出通道同步进行输出。
其中，串行输入数据的第24位～17位作为地址位，控制输入数据存储位置；串行输入数据的第16位～1位作为数据位，控制输入数据的值。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开多通道数字-模拟信号转换器有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种多通道数字-模拟信号转换器，满足提供高精度、多通道、低功耗的可调基准电压的需求。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多通道数字-模拟信号转换器，包括：
交直流转换单元，用于将输入的交流信号转换为直流信号；
直流降压稳压单元，与所述交直流转换单元相连，用于对所述直流信号进行降压稳压处理，得到可调基准电压和电源电压；
滤波单元，与所述直流降压稳压单元相连，用于分别对所述可调基准电压和电源电压进行滤波，以得到目标基准电压和目标工作电压；以及
数模转换单元，与所述滤波单元相连，用于在目标基准电压和目标工作电压的作用下，将通过SPI串行接口接收到的上位机发送的数字信号转换为模拟信号并输出；
所述数模转换单元，包括：
SPI串行接口，与上位机相连；
数模转换模块，与所述SPI串行接口相连；
DAC控制逻辑模块，与所述SPI串行接口相连；以及
输出通道，用于输出模拟信号；
所述SPI串行接口用于配置所述数模转换模块的输出增益量、输出偏移量、以及数模转换模块的输出模式；
所述数模转换模块的输出模式包括：透传输出模式、同步输出模式。
2.根据权利要求1所述的多通道数字-模拟信号转换器，所述直流降压稳压单元，通过LDO进行降压，并减小交流信号转换为直流信号过程中所带来的纹波。
3.根据权利要求1所述的多通道数字-模拟信号转换器，所述滤波单元，包括：
基准电压滤波单元，用于对可调基准电压进行滤波得到目标基准电压；以及
电源电压滤波单元，用于对电源电压进行滤波得到目标电源电压。
4.根据权利要求3所述的多通道数字-模拟信号转换器，所述目标基准电压为用于限制数模转换单元输出电压最大值。
5.根据权利要求1所述的多通道数字-模拟信号转换器，SPI串行接口接收的上位机发送的信号包括：SDI，SCLK，SYNC。
6.根据权利要求1所述的多通道数字-模拟信号转换器，DAC控制逻辑模块接收的控制逻辑的输入信号包括：LDAC，RST，CLR，BUSY。
7.根据权利要求1所述的多通道数字-模拟信号转换器，其中，
所述输出增益量是指输出模拟信号幅度所乘上的增益倍数，对输出模拟信号的峰峰值进行控制；
所述输出偏移量是指输出模拟信号范围上相加的偏移值，对输出模拟信号的中心值进行控制。
8.根据权利要求1所述的多通道数字-模拟信号转换器，其中，
所述透传输出模式是指当待输出数据传输到输出寄存器时直接输出到输出通道中，不进行任何控制的输出模式；
所述同步输出模式是指输出数据传输到输出寄存器后暂时不输出，当DAC控制逻辑模块的控制端口中出现输出信号时，再由输出寄存器向输出通道中输出数据的输出模式。
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