CN208862818U - 一种数字模拟转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字模拟转换器，包括：控制单元、模数转换单元和至少一个数模转换单元；控制单元，用于根据接收到的控制指令，输出数字控制信号至数模转换单元；数模转换单元，用于将数字控制信号转换成模拟输出信号输出；模数转换单元，用于将模拟输出信号转换数字检测信号，并将数字检测信号输出至控制单元；控制单元，还用于根据模数转换单元输出的数字检测信号，调整数字控制信号使得数模转换单元输出的信号与控制指令指示的期望值相符，可以实现对长时漂移的抑制，提高输出的准确度和精度。

Description

一种数字模拟转换器

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种数字模拟转换器。

背景技术

随着高精度电路系统的发展，对数字模拟转换器(digital to analogconverter，DAC)输出步进的精度要求越来越高。为实现高精度的步进，则需要将DAC上的误差源控制到很小的程度。

其中一类误差源是漂移，包括温度漂移和长时漂移。长时漂移是指器件参数随着时间的增加而发生的变化，进而表现为DAC的输出随着时间的增加而发生的变化。长时漂移会造成数字模拟转换器的输出准确度低、输出精度不满足系统要求的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种数字模拟转换器，能够对长时漂移进行抑制，解决现有技术中长时漂移影响DAC输出精度和准确度的问题。

本申请实施例提供的一种数字模拟转换器，包括：控制单元、模数转换单元和至少一个数模转换单元；

所述控制单元，用于根据接收到的控制指令，输出数字控制信号至所述数模转换单元；还用于根据所述模数转换单元输出的数字检测信号，调整所述数字控制信号；

所述数模转换单元，用于将所述数字控制信号转换成模拟输出信号输出；

所述模数转换单元，用于将所述模拟输出信号转换所述数字检测信号，并将所述数字检测信号输出至所述控制单元；所述模数转换单元采用低漂移器件设计。

可选的，所述模数转换单元，包括：单端转差分子单元和模数转换子单元；

所述单端转差分子单元，用于将所述模拟输出信号转换为同相信号和反相信号，并将所述同相信号和所述反相信号输出至所述模数转换子单元；所述同相信号和所述反相信号的相位差为π；

所述模数转换子单元，用于根据所述同相信号和所述反相信号得到所述数字控制信号，并将所述数字检测信号输出至所述控制单元。

可选的，所述单端转差分子单元，具体包括：电阻网络；

所述电阻网络，用于将所述模拟输出信号转换为所述同相信号和所述反相信号。

可选的，所述电阻网络，具体包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述模拟输出信号，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第二端；

所述第二电阻的第一端连接所述模拟输出信号，所述第二电阻的第二端用于输出所述同相信号；

所述第三电阻的第一端连接所述模拟输出信号，所述第三电阻的第二端经所述第四电阻接地，所述第三电阻的第二端用于输出所述反相信号。

可选的，所述单端转差分子单元，还包括：第一运算放大器和第五电阻；

所述第一运算放大器的正相输入端连接参考电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述模拟输出信号，所述第一运算放大器的输出端连接所述电阻网络的第二输入端和第三输入端，所述第一运算放大器的输出端还经所述第五电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端。

可选的，所述数字模拟转换器还包括：基准电路；

所述基准电路，用于输出所述参考电压至所述第一运算放大器的正相输入端。

可选的，当包括多个数模转换单元，所述数字模拟转换器还包括：选择单元；

所述选择单元的输入端连接每个所述数模转换单元的输出端，所述选择单元的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述选择单元的控制端连接所述控制单元；

所述选择单元，用于根据所述控制单元输入的选择信号，将任意一个所述数模转换单元输出的模拟输出信号输入所述模数转换单元。

可选的，所述选择单元，具体包括：多路选择开关；

所述多路选择开关的每个输入端分别连接每个所述数模转换单元的输出端，所述多路选择开关的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述多路选择开关的控制端连接所述控制单元。

可选的，所述选择单元，具体还包括：第二运算放大器；

所述第二运算放大器的正相输入端连接所述多路选择开关的输出端，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述模数转换单元的输入端。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

在本申请实施例中，数字模拟转换器包括控制单元、模数转换单元和至少一个数模转换单元。控制单元根据接收到的控制指令输出数字控制信号至数模转换单元，数模转换单元将数字控制信号转换成模拟输出信号输出后，还通过模数转换单元对模拟输出信号进行回采，将模拟输出信号转换成数字检测信号，以得到数模转换单元输出信号的真实情况。然后，控制单元在根据数字检测信号和控制指令对输出的数字控制信号进行调整，使得数模转换单元输出的信号与控制指令指示的期望值相符，可以实现对长时漂移的抑制，提高输出的准确度和精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种数字模拟转换器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种数字模拟转换器的结构示意图；

图3为本申请具体实施例提供的一种选择单元的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种数字模拟转换器的结构示意图；

图5为本申请具体实施例提供的一种单端转差分子单元的结构示意图；

图6为本申请具体实施例提供的另一种单端转差分子单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

目前，存在一种对长时漂移的抑制方法是在DAC中器件选择时，选用低漂移的器件，也就是在DAC链路中，包括DAC、缓冲器、基准、链路上的电阻等均选用低漂移的器件。这样通过每一个器件的低漂移特性来保证DAC输出的低漂移，实现对长时漂移的抑制。然而，低漂移器件的成本高昂、体积大，导致DAC的占用面积大、成本高，不利于提高系统的集成度。

为此，本申请实施例提供了一种数字模拟转换器，通过模数转换电路(analog todigital converter，ADC)对转换的模拟信号进行回采，利用回采的结果调整输入至数模转换单元的数字信号，保证模拟信号输出的准确，从而实现了对长时漂移的抑制。由于在实际应用中，只需要保证ADC链路的低漂移，保证回采信号的准确即可实现DAC输出的准确，相较于对多路DAC链路均采用低漂移器件的成本低，占用面积小，可以实现降低成本、减小占用面积、提高系统集成度的效果。

基于上述思想，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种数字模拟转换器的结构示意图。

本申请实施例提供的数字模拟转换器，包括：控制单元100、模数转换单元200和至少一个数模转换单元300；

控制单元100，用于根据接收到的控制指令，输出数字控制信号至数模转换单元300；

数模转换单元300，用于将数字控制信号转换成模拟输出信号输出。

可以理解的是，数模转换单元300具体为任意一种数模转换器件，采用任意一种数模转换方法将数字控制信号转换成模拟输出信号输出，如型号为AD5791的单通道、20位、无缓冲电压输出DAC，本申请实施例对此不进行限定。

在本申请实施例中，当本申请实施例提供的数字模拟转换器中包括多个数模转换单元300时，控制单元100可以根据控制指令的具体指示，向多个数模转换单元300中的任意一个或多个输出相同或不同的数字控制信号以使数模转换单元300将接收到的数字控制信号转换成模拟输出信号输出至连接的接收方。实际应用中，控制单元100和数模转换单元300之间的连接可以采用SPI接口实现。为了便于说明，下面以一个数模转换单元300为例进行说明。

模数转换单元200，用于将模拟输出信号转换成数字检测信号，并将数字检测信号输出至控制单元100。

在本申请实施例中，模数转换单元200对数模转换单元300实际输出的模拟输出信号进行回采，并将回采的模拟输出信号转换成数字检测信号再次输入控制单元100，以便控制单元100获知数模转换单元300实际的输出情况。实际应用中，控制单元100和模数转换单元200之间的连接也可以采用SPI接口实现。

这里需要说明的是，模数转换单元200的漂移情况会影响到系统长时漂移的关键。因此，实际应用中，为了提高长时漂移的抑制效果，模数转换单元200中的关键器件都需要采用低漂移器件设计。

可以理解的是，模数转换单元200具体可以包括任意一种模数转换器件，采用任意一种模数转换方法将模拟输出信号转换成数字检测信号，如型号为LTC2377的低噪声、低功率、高速20位逐次逼近型寄存器ADC，本申请实施例对此不进行限定。

实际应用中，本申请实施例提供的数字模拟转换器中可以包括一个或多个模数转换单元200，可以分别对数字模拟转换器中的一个或多个数模转换单元300输出的模拟输出信号进行回采。作为一个示例，本申请实施例提供的数字模拟转换器中可以仅包括一个模数转换单元200来对所有的数模转换单元300输出的模拟输出信号进行回采，以节约板上面积，提高系统的集成度。

控制单元100，还用于根据模数转换单元200输出的数字检测信号，调整数字控制信号。

在本申请实施例中，控制单元100根据模数转换单元200输出的数字检测信号，与其实际输入至数模转换单元300的数字控制信号对比，可以得到数模转换单元300的输出与实际期望输出之间的偏差，然后以此为依据对输出的数字控制信号进行调整则可以实现对数模转换单元300输出的校准，实现对长时漂移的抑制，保证输出的准确性。

需要说明的是，当本申请实施例提供的数字模拟转换器中包括多个数模转换单元300时，模数转换单元200对其中一个数模转换单元300，如第一数模转换单元输出的模拟输出信号进行回采，得到与第一数模转换单元对应的数字检测信号输出至控制单元100。控制单元100则可以根据输入至该第一数模转换单元的数字控制信号和与第一数模转换单元对应的数字检测信号，对第一数模转换单元输出的校准，实现对第一数模转换单元的长时漂移的抑制，保证第一数模转换单元输出的准确性。

作为一个示例，若控制单元100输出至第一数模转换单元的数字控制信号为Vo1，模数转换单元200回采的与第一数模转换单元对应的数字检测信号为Vi1，则可以通过如下式(1)对该数字控制信号进行调整：

Vo1'＝Vo1+(Vo1-Vi1)*k (1)

式中，Vo1'为调制之后的数字控制信号，k为权重，其具体数值可以根据实际需要选取，如k可以取1。

参见图2，该图为本申请实施例提供的另一种数字模拟转换器的结构示意图。相较于图1，该图提供了一种更加具体的数字模拟转换器。

当数字模拟转换器包括多个数模转换单元时，在一些可能的设计中，数字模拟转换器还包括：选择单元400；

选择单元400的输入端连接每个数模转换单元300的输出端，选择单元400的输出端连接模数转换单元200的输入端，选择单元400的控制端连接控制单元100；

选择单元400，用于根据控制单元100输入的选择信号，将任意一个数模转换单元300输出的模拟输出信号输入模数转换单元200。

在一个例子中，如图3所示，选择单元400具体可以包括：多路选择开关401；

多路选择开关401的每个输入端分别连接每个数模转换单元300的输出端，多路选择开关401的输出端连接模数转换单元200的输入端，多路选择开关401的控制端连接控制单元100。

实际应用中，多路选择开关401可以是型号为ADG1408的单芯片iCMOS模拟多路复用器。

在一些可能的实现方式中，继续参见图3，选择单元400具体还可以包括：第二运算放大器OP2；

第二运算放大器OP2的正相输入端连接多路选择开关401的输出端，第二运算放大器OP2的反相输入端连接第二运算放大器OP2的输出端，第二运算OP2放大器的输出端连接模数转换单元200的输入端。

在本申请实施例中，第二运算放大器OP2可以起到缓冲器的作用，以消除多路选择开关401引入的误差。实际应用中，第二运算放大器OP2可以是型号为IT1012的运算放大器。

在本申请实施例中，数字模拟转换器包括控制单元、模数转换单元和至少一个数模转换单元。控制单元根据接收到的控制指令输出数字控制信号至数模转换单元，数模转换单元将数字控制信号转换成模拟输出信号输出后，还通过模数转换单元对模拟输出信号进行回采，将模拟输出信号转换成数字检测信号，以得到数模转换单元输出信号的真实情况。然后，控制单元在根据数字检测信号和控制指令对输出的数字控制信号进行调整，使得数模转换单元输出的信号与控制指令指示的期望值相符，可以实现对长时漂移的抑制，提高输出的准确度和精度。

参见图4，该图为本申请实施例提供的又一种数字模拟转换器的结构示意图。相较于图1和图2，该图提供了一种更加具体的数字模拟转换器。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，模数转换单元200，具体可以包括：单端转差分子单元201和模数转换子单元202；

单端转差分子单元201，用于将模拟输出信号转换为同相信号Vp和反相信号Vn，并将同相信号Vp和反相信号Vn输出至模数转换子单元202；

在本申请实施例中，同相信号Vp和反相信号Vn之间的相位差为π，用于使模数转换子单元202根据该同相信号Vp和反相信号Vn得到转换后的数字检测信号，数字检测信号为差分信号，即同相信号Vp和反相信号Vn两者之差。

作为一个示例，单端转差分子单元201具体可以是电阻网络；电阻网络用于将模拟输出信号转换为同相信号Vp和反相信号Vn输出。

实际应用中，可以利用任意一种结构的电阻网络实现同相信号Vp和反相信号Vn的获得，本申请实施例对此不进行限定。

可选的，如图5所示，电阻网络具体可以包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；

第一电阻R1的第一端连接模拟输出信号，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第二端；

第二电阻R2的第一端连接模拟输出信号，第二电阻R2的第二端用于输出同相信号Vp；

第三电阻R3的第一端连接模拟输出信号，第三电阻R3的第二端经第四电阻R4接地，第三电阻R3的第二端用于输出反相信号Vn。

在实际应用中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4可以相等也可以不等，本申请实施例对此不进行限定。

需要说明的是，由于实际应用中DAC的输出范围和ADC的输入范围可能不匹配，如DAC的输入范围是-5V～+5V而ADC的输入范围是0V～5V。因此，在一些可能的设计中，为了将数模转换单元300输出的模拟输出信号调整到模数转换子单元202的输入范围内，继续参见图5，单端转差分子单元201还可以包括：第一运算放大器OP1和第五电阻R5；

第一运算放大器OP1的正相输入端连接参考电压Vref，第一运算放大器OP1的反相输入端连接模拟输出信号，第一运算放大器OP1的输出端连接电阻网络的第二输入端和第三输入端，第一运算放大器OP1的输出端还经第五电阻R5连接第一运算放大器OP1的反相输入端。

可以理解的是，参考电压Vref可以由数字模拟转换器中包括的基准电路提供，基准电路用于输出参考电压Vref至第一运算放大器OP1的正相输入端。实际应用中，基准电路还可以为数字模拟转换器中的其他器件(如模数转换子单元等)提供参考电压，这里不再一一列举。

为了详细说明单端转差分子单元201的具体工作原理，下面以图6示出的一个电阻网络的具体结构为例进行说明。

在一个例子中，如图6所示，参考电压Vref经电阻R97、节点AP连接第一运算放大器OP1的正相输入端，节点AP还经电阻R95接地。数字输出信号Vi经电阻R94、节点AM连接第一运算放大器OP1的反相输入端，节点AM经电阻R96接地。第一运算放大器OP1的反相输入端还经电阻R263连接节点AO。节点AO连接第一运算放大器OP1的输出端、电阻R2的第一端和R3的第一端；电阻R2的第二端经电阻R1连接数字输出信号Vi，电阻R3的第二端经电阻R4接地。电阻R2的第二端输出同相信号Vp，电阻R3的第二端输出反相信号Vn。

其中，电阻R94和电阻R96的阻值相等，电阻R95和电阻R97的阻值相等，电阻R94的阻值是电阻R263的2倍，电阻R1、R2、R3和R4的阻值相等。

首先，已知节点AP的电压则节点AM的电压

根据基尔霍夫电流定律可知，

R94＝R96＝2*R263，Vi-V_AM+2*(V_AO-V_AM)-V_AM＝0，推出

因此，

根据基尔霍夫电流定律可知，推出，

假设DAC的输出范围为-5V～+5V时，根据上面推导可知，将参考电压Vref设置为5V即可使输出的同相信号Vp和反相信号Vn在ADC的输入范围0V～5V之间，保证ADC(即模数转换子单元202)的正常工作。当然，通过调整器件参数可以在DAC的其他输出范围时保证其满足ADC的其他输入范围要求，这里不再一一列举。

模数转换子单元202，用于根据同相信号Vp和反相信号Vn得到数字控制信号，并将数字检测信号输出至控制单元100。

这里需要说明的是，在本申请实施例中，DAC输出链路(即数模转换单元300)并不是影响系统长时漂移的关键，而模数转换单元200才是影响系统长时漂移的关键。因此，实际应用中，为了提高长时漂移的抑制效果，模数转换单元200中的关键器件都需要采用低漂移设计，例如基准电路、电阻网络、第一运算放大器和第二运算放大器。另外，R94、R96需要采用低漂移电阻，即可实现数字模拟转换器输出的低漂移，相较于现有技术中对各个DAC链路均采用低漂移器件而言，减少了低漂移器件的使用数量，节约了成本和占用面积。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于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：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种数字模拟转换器，其特征在于，包括：控制单元、模数转换单元和至少一个数模转换单元；

所述控制单元，用于根据接收到的控制指令，输出数字控制信号至所述数模转换单元；还用于根据所述模数转换单元输出的数字检测信号，调整所述数字控制信号；

所述数模转换单元，用于将所述数字控制信号转换成模拟输出信号输出；

所述模数转换单元，用于将所述模拟输出信号转换所述数字检测信号，并将所述数字检测信号输出至所述控制单元；所述模数转换单元采用低漂移器件设计。

2.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，所述模数转换单元，包括：单端转差分子单元和模数转换子单元；

所述单端转差分子单元，用于将所述模拟输出信号转换为同相信号和反相信号，并将所述同相信号和所述反相信号输出至所述模数转换子单元；所述同相信号和所述反相信号的相位差为π；

所述模数转换子单元，用于根据所述同相信号和所述反相信号得到所述数字控制信号，并将所述数字检测信号输出至所述控制单元。

3.根据权利要求2所述的数字模拟转换器，其特征在于，所述单端转差分子单元，具体包括：电阻网络；

所述电阻网络，用于将所述模拟输出信号转换为所述同相信号和所述反相信号。

4.根据权利要求3所述的数字模拟转换器，其特征在于，所述电阻网络，具体包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述模拟输出信号，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第二端；

所述第二电阻的第一端连接所述模拟输出信号，所述第二电阻的第二端用于输出所述同相信号；

所述第三电阻的第一端连接所述模拟输出信号，所述第三电阻的第二端经所述第四电阻接地，所述第三电阻的第二端用于输出所述反相信号。

5.根据权利要求3所述的数字模拟转换器，其特征在于，所述单端转差分子单元，还包括：第一运算放大器和第五电阻；

所述第一运算放大器的正相输入端连接参考电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述模拟输出信号，所述第一运算放大器的输出端连接所述电阻网络的第二输入端和第三输入端，所述第一运算放大器的输出端还经所述第五电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端。

6.根据权利要求5所述的数字模拟转换器，其特征在于，所述数字模拟转换器还包括：基准电路；

所述基准电路，用于输出所述参考电压至所述第一运算放大器的正相输入端。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的数字模拟转换器，其特征在于，当包括多个数模转换单元，所述数字模拟转换器还包括：选择单元；

所述选择单元的输入端连接每个所述数模转换单元的输出端，所述选择单元的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述选择单元的控制端连接所述控制单元；

所述选择单元，用于根据所述控制单元输入的选择信号，将任意一个所述数模转换单元输出的模拟输出信号输入所述模数转换单元。

8.根据权利要求7所述的数字模拟转换器，其特征在于，所述选择单元，具体包括：多路选择开关；

所述多路选择开关的每个输入端分别连接每个所述数模转换单元的输出端，所述多路选择开关的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述多路选择开关的控制端连接所述控制单元。

9.根据权利要求8所述的数字模拟转换器，其特征在于，所述选择单元，具体还包括：第二运算放大器；

所述第二运算放大器的正相输入端连接所述多路选择开关的输出端，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述模数转换单元的输入端。