CN215420238U - 数模调制转换电路及数模调制转换器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种数模调制转换电路及数模调制转换器。所述电路包括：调制器、转换器及滤波器，调制器用于根据接收的第一数字信号及反馈信号生成第二数字信号，第二数字信号的分辨率小于第一数字信号的分辨率；转换器与调制器连接，用于根据第二数字信号生成第一模拟信号及反馈信号；滤波器与转换器连接，用于将第一模拟信号滤波处理，并输出第二模拟信号，其中，所述第一模拟信号的分辨率小于所述第二模拟信号的分辨率。本申请的数模调制转换电路，通过设置调制器、转换器及滤波器对输入的信号进行处理，可以将高分辨率的输入信号经由低分辨率的转换器作用，还原为高分辨率的模拟信号，解决了数字环路中，数模转换器精度不足的问题。

Description

数模调制转换电路及数模调制转换器

技术领域

本实用新型涉及集成电路测试技术领域，特别是涉及一种数模调制转换电路及数模调制转换器。

背景技术

数模转换器(Digital to Analog Converter，DAC)是一种将输入的数字信号转换成模拟信号输出的数据转换器，在数字环路应用中，为了满足输出信号有较高分辨率(16位以上)，所需的DAC的分辨率一般需要20位以上，目前市面上非音频DAC的最高分辨率只有20位，并且更新率较慢，而高分辨率的音频DAC并不适合在数字环路中使用。

然而，为了提高数字环路数模转换过程的分辨率，传统的解决方法是利用多路DAC组合技术，例如：20位DAC的实现方案是采用两个16位DAC组成32位，然后选取32位中最好的20位作为输出。

但是，这种方法很难保证组合DAC的每个转换码值绝对单调，并且由于缩放比例很大，很难保证在高更新率下每路DAC的输出带宽一致，因此，这种技术不适合用于数字控制环路。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种数模调制转换电路及数模调制转换器，相较于传统多路DAC组合技术，能解决数字控制环路中DAC分辨率不足的问题，并满足数字控制环路对DAC更新率、带宽、单调性等要求。

本申请的一方面提供一种数模调制转换电路，包括调制器、转换器及滤波器，所述调制器用于根据接收的第一数字信号及反馈信号生成第二数字信号，所述第二数字信号的分辨率小于所述第一数字信号的分辨率；所述转换器与所述调制器连接，用于根据所述第二数字信号生成第一模拟信号及所述反馈信号；所述滤波器与所述转换器连接，用于将所述第一模拟信号滤波处理，并输出第二模拟信号，其中，所述第一模拟信号的分辨率小于所述第二模拟信号的分辨率。

在数字环路中，对数模转换器有较高精度要求。上述申请实例中的数模调制转换电路可以实现利用较低分辨率的DAC实现较高分辨率的输出，具体地，输入端的高分辨率第一数字信号及反馈信号经由调制器调制作用可降低分辨率输出，具体地，输出为第二数字信号，所述第二数字信号经由转换器转换作用可将数字信号转化为模拟信号及反馈信号，具体地，输出为第一模拟信号及反馈信号，所述反馈信号反馈至调制器，对调制器的输出进行调节，有利于减小误差，所述第一模拟信号流向滤波器，经由滤波器滤波作用可将第一模拟信号分辨率提高，具体地，输出为第二模拟信号。通过设置调制器、转换器及滤波器对输入的信号进行处理，可以将高分辨率的输入信号经由低分辨率的转换器作用，还原为高分辨率的模拟信号，解决了数字环路中，数模转换器精度不足的问题。

在其中一个实施例中，所述反馈信号包括第一反馈信号，所述转换器包括第一数模转换器及模数转换器，其中，所述第一数模转换器与所述调制器及滤波器均连接，用于接收所述第二数字信号，并将所述第二数字信号转化处理，输出所述第一模拟信号；所述模数转换器与所述第一数模转换器、所述调制器均连接，用于根据所述第一模拟信号生成第一反馈信号。

在其中一个实施例中，所述反馈信号包括第二反馈信号，所述转换器包括第二数模转换器及码值电压转换器，所述第二数模转换器与所述调制器及滤波器均连接，用于接收所述第二数字信号，并将所述第二数字信号转化处理，输出所述第一模拟信号；所述码值电压转换器，与所述调制器的输出端连接，用于根据所述第二数字信号生成所述第二反馈信号。

在其中一个实施例中，所述码值电压转换器包括码值电压转换函数。

在其中一个实施例中，所述码值电压转换函数基于所述第一模拟信号生成所述第二反馈信号。

在其中一个实施例中，所述滤波器所述调制器包括∑Δ调制器。

在其中一个实施例中，所述∑Δ调制器包括累加器、积分器及量化器，所述累加器用于接收所述第一数字信号及所述反馈信号，生成累加信号；所述积分器与所述累加器连接，用于根据所述累加信号生成积分信号；所述量化器与所述积分器连接，用于根据所述积分信号，生成第二数字信号。

在其中一个实施例中，所述调制器包括PWM转换模块，所述PWM转换模块用于根据接收的所述第一数字信号及所述反馈信号生成所述第二数字信号。

在其中一个实施例中，所述滤波器包括低通滤波器。

本申请的另一方面提供了一种数模调制转换器，包括任一项本申请实施例中的所述数模调制转换电路。

上述数模调制转换器可以实现利用较低分辨率的DAC实现较高分辨率的输出，具体地，通过设置调制器对输入的第一数字信号及反馈信号进行调制处理，输出为第二数字信号，其中，第二数字信号的分辨率低于第一数字信号，然后，经由与调制器连接的转换器作用，输出为第一模拟信号及反馈信号，所述反馈信号流向调制器，对调制器的输出进行调节，所述第一模拟信号流向与转换器连接的滤波器，经滤波器滤波作用还原为高分辨率的第二模拟信号。上述数模调制转换器通过设置调制器、转换器及滤波器对输入的信号进行处理，可以将高分辨率的输入信号经由低分辨率的转换器作用，还原为高分辨率的模拟信号，解决了数字环路中，数模转换器精度不足且成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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他实施例的附图。

图1a为一种模拟环路中应用DAC的结构原理示意图；

图1b为一种数字环路中应用DAC的结构原理示意图；

图1c为一种提高分辨率的多路DAC组合技术电路结构原理示意图；

图2为本申请一实施例中提供的一种数模调制转换电路结构原理示意图；

图3为本申请另一实施例中提供的一种数模调制转换电路结构原理示意图；

图4为本申请又一实施例中提供的一种数模调制转换电路结构原理示意图；

图5为本申请一实施例中提供的一种∑Δ调制器结构原理示意图；

图6为本申请再一实施例中提供的一种数模调制转换电路结构原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离本申请的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

DAC是一种把数字量转变成模拟量的器件，在数字环路控制和模拟环路控制中均有广泛应用，分辨率是衡量DAC性量的一项重要指标，具体地，DAC的分辨率指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2^N-1)，也可直接用输入数字量的位数N来表示。

在模拟环路中，如图1a所示，DAC将数字信号转换为模拟信号输出，此时DAC的分辨率几乎全部体现在了输出上，分辨率损失较小。

在数字环路中，如图1b所示，DAC与功率放大器连接，用于驱动功率放大器，此时DAC的分辨率不能完全体现在电压电流输出上，会有分辨率的损失。作为示例：在数字环路中，假设电流恒定、电压档位为100V、测流电阻满量程电压为1V，若此时使用16位的DAC，则实际输出的电流分辨率为9位，其中，分辨率公式为

然而，数字环路一方面要求DAC有较快的更新率和较低的延迟以完成快速的控制响应，另一方面要求DAC有较高的分辨率以保证输出精度。由于实际应用中，DAC会有分辨率的损失，因此，为了获取较高分辨率的输出信号，数字环路中通常需要使用较高分辨率的DAC，然而市面上非音频DAC的最高分辨率只有20位，并且更新率慢，不适用与数字环路。

针对以上问题，传统的解决办法是使用多路DAC组合技术来提升电路输出信号的分辨率，如图1c所示，采用2个16位分辨率的DAC组合连接，可以组成32位分辨率的数模转换电路，然后可以从32位中选取最好的20位作为输出，即可实现运用16位分辨率的DAC输出20位分辨率的输出信号。但是此技术很难保证组合DAC的每个转换码值绝对单调，并且由于比例放大器的缩放比例很大，很难保证在高更新率下每路DAC的输出带宽一致。因此，此技术不适合用于数字控制环路。

基于此，本申请提出一种低分辨率的DAC应用于数字环路的数模调制转换电路及数模调制转换器，下面将通过具体实施例做作详细说明。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，提供了一种数模调制转换电路100，包括调制器10、转换器20及滤波器30，调制器10用于根据接收的第一数字信号及反馈信号生成第二数字信号，所述第二数字信号的分辨率小于所述第一数字信号的分辨率；转换器20与调制器10连接，用于根据所述第二数字信号生成第一模拟信号及所述反馈信号；滤波器30与转换器20连接，用于将所述第一模拟信号滤波处理，并输出第二模拟信号，其中，所述第一模拟信号的分辨率小于所述第二模拟信号的分辨率。

在本申请实例中，数模调制转换电路100可以实现利用较低分辨率的DAC实现较高分辨率的输出，具体地，输入端的高分辨率第一数字信号及反馈信号经由调制器10调制作用可降低分辨率输出，具体地，输出为第二数字信号，所述第二数字信号经由转换器20转换作用可将数字信号转化为模拟信号及反馈信号，具体地，输出为第一模拟信号及反馈信号，所述反馈信号反馈至调制器10，对调制器10的输出进行调节，有利于减小误差，所述第一模拟信号流向滤波器30，经由滤波器30滤波作用可将第一模拟信号分辨率提高，具体地，输出为第二模拟信号。通过设置调制器10、转换器20及滤波器30对输入的信号进行处理，可以将高分辨率的输入信号经由低分辨率的转换器作用，还原为高分辨率的模拟信号，解决了数字环路中，数模转换器精度不足的问题，提高了低分辨率DAC利用率，并且有效降低了成本。

在其中一个实施例中，如图3所示，所述反馈信号包括第一反馈信号，转换器20包括第一数模转换器21及模数转换器22，其中，第一数模转换器21与调制器10及滤波器30均连接，用于接收所述第二数字信号，并将所述第二数字信号转化处理，输出所述第一模拟信号；模数转换器22与第一数模转换器21、调制器10均连接，用于根据所述第一模拟信号生成第一反馈信号。

在本申请实施例中的数模调制转换电路中，转换器20包括第一数模转换器21及模数转换器22，第一数模转换器可以是DAC，用于接收所述第二数字信号，并将所述第二数字信号转化处理，输出为所述第一模拟信号，具体地，DAC是把数字量转变成模拟量的器件，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。所述模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)用于接收所述第一模拟信号，并将所述第一模拟信号转换处理，输出第一反馈信号，具体地，ADC是把模拟量转变成数字量的器件，所述第一反馈信号流向调制器10，对调制器10的输出进行调节，通过设置第一模数转换器21及模数转换器22，可以将输入的数字信号转化为所需的模拟信号，并将输出的模拟信号转化为数字信号作为反馈信号反馈至输入端调节调制过程，上述设置有效利用了低分辨率的DAC，并且降低了数模调制转换的成本。

在其中一个实施例中，如图4所示，所述反馈信号包括第二反馈信号，所述转换器20包括第二数模转换器23及码值电压转换器24，第二数模转换器23与调制器10及滤波器30均连接，用于接收所述第二数字信号，并将所述第二数字信号转化处理，输出所述第一模拟信号；码值电压转换器24，与调制器10的输出端连接，用于根据所述第二数字信号生成所述第二反馈信号。

在数字环路中，为了使输出信号有更高的分辨率，将采用较高分辨率的DAC，此时用于获取反馈信号的ADC也需要较高的分辨率和较高的更新率，以避免反馈存在延迟的现象，但是，市面上满足这样条件的ADC很少，所以在本实施例中提出的数模调制转换电路中，采用码值电压转换器24来获取反馈信号，并传输给调制器10，对输出信号进行调节，具体地，在本申请实例中的数模调制转换电路，包括调制器10、第二数模转换器23、码数-电压转换器24及滤波器30，如图3所示，码数-电压转换器24与调制器10连接，主要依据事先测量好的DAC码值电压转换函数实现转换过程，此方法解决了上述ΣΔ调制的反馈问题，并简化了外部电路。由于数字VI源输出的最终精度由VI源环路调整，因此码值电压转换函数的测量不要求绝对精度，只要求相对精度。

在其中一个实施例中，如图5所示，所述调制器10包括∑Δ调制器11。

具体地，∑Δ调制器技术是常用的调制方法，基本思想是将多比特位宽的数字信号量转化为单位比特或者低比特表示，得到具有恒定包络的输出信号。∑Δ调制器技术具有噪声整形的特征，可以将量化过程中产生的噪声和谐波推往目标信号频带外，进而实现高解析度的数字模拟转换，目标信号因此具有较好的信噪比。∑Δ调制器技术的上述特性使其被广泛应用于各个领域，其中主要包括音频处理领域和通信信号处理领域。

在其中一个实施例中，如图5所示，所述∑Δ调制器11包括累加器111、积分器112及量化器113。其中，累加器111用于接收所述第一数字信号及所述反馈信号，生成累加信号；积分器112与累加器111连接，用于根据所述累加信号生成积分信号；量化器113与积分器112连接，用于根据所述积分信号，生成第二数字信号，所述第二数字信号的分辨率小于所述第一数字信号的分辨率。

具体地，上述∑Δ调制器通过对高分辨输入信号及反馈信号过采样，经累加器处理输出为累加信号，经由积分器处理输出为积分信号，最后经由量化器输出为低分辨率输出信号，一般来说，积分器可以具有有源或无源实现方式，无源实现方式仅包括无源电路元件，诸如电阻、电容和/或电感，有源实现方式包括运算放大器或能够基于控制信号控制电子流的其它有源设备。量化器对模拟量进行量化就是将它在幅度上离散化，而对数字量进行量化则是指用更少的量化阶数、更短的字长来表达原值，即将高分辨率的信号输出为低分辨的率的信号。

在其中一个实施例中，如图6所示，调制器10包括PWM转换模块12，PWM转换模块12用于根据接收的所述第一数字信号及所述反馈信号生成所述第二数字信号。

具体地，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。通常，基于PWM定时器的DAC的分辨率等于将PWM信号用来产生DA转换的分辨率，此时，PWM信号的分辨率取决于计数器的长度和PWM计数器能实现的最小占空比。本实施例中可以通过设置PWM转换模块12将输入的高分辨率数字信号经过转化处理，输出为低分辨率的数字信号，即可利用低分辨率的数模转换模块20及滤波器30实现高分辨率的模拟信号输出。

在其中一个实施例中，所述滤波器包括低通滤波器。

具体地，低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。上述数模调制转换电路中，调制器将其高分辨率输入信号过采样n次，经过积分量化后由低分辨率的DAC过采样输出。DAC输出信号每次通过ADC采样反馈回调制器。由于反馈信号是低分辨率信号，与高分辨率的输入信号之间始终存在误差，此误差经过积分并量化后会使DAC输出抖动。DAC输出的抖动经过低通滤波平均后便还原出高分辨率信号。作为示例：对于一个1位DAC，四倍过采样的ΣΔ调制器可使DAC的输出码值分别为0、0、0、1，通过低通滤波后，可实现2位DAC分辨率码值01；八倍过采样的ΣΔ调制器可使DAC的输出码值分别为0、0、0、0、0、0、0、1，通过低通滤波后，可实现3位DAC分辨率码值001。除此之外，对于短时间尺度，经ΣΔ调制的DAC可实现低分辨率的快速数字环路控制，对于长时间尺度，经ΣΔ调制的DAC可实现高分辨率的精确输出。只要DAC是单调的，经ΣΔ调制后的DAC也是单调的。

本申请的另一方面提供了一种数模调制转换器。包括任一本申请实施例中所述的数模调制转换电路。

上述实施例中的数模调制转换电路可以实现利用较低分辨率的DAC实现较高分辨率的输出，具体地，通过设置调制器对输入的第一数字信号及反馈信号进行调制处理，输出为第二数字信号，其中，第二数字信号的分辨率低于第一数字信号，然后，经由所设置的转换器作用，输出为第一模拟信号及反馈信号，所述反馈信号流向调制器，对调制器的输出进行调节，所述第一模拟信号流向滤波器，经滤波器滤波作用还原为高分辨率的第二模拟信号输出。通过设置调制器、转换器及滤波器对输入的信号进行处理，可以将高分辨率的输入信号经由低分辨率的转换器作用，还原为高分辨率的模拟信号，解决了数字环路中，数模转换器精度不足且成本高的问题。

请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本实用新型的限制。

本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数模调制转换电路，其特征在于，包括：

调制器，用于根据接收的第一数字信号及反馈信号生成第二数字信号，所述第二数字信号的分辨率小于所述第一数字信号的分辨率；

转换器，与所述调制器连接，用于根据所述第二数字信号生成第一模拟信号及所述反馈信号；

滤波器，与所述转换器连接，用于将所述第一模拟信号滤波处理，并输出第二模拟信号，其中，所述第一模拟信号的分辨率小于所述第二模拟信号的分辨率。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反馈信号包括第一反馈信号，所述转换器包括：

第一数模转换器，与所述调制器及滤波器均连接，用于接收所述第二数字信号，并将所述第二数字信号转化处理，输出所述第一模拟信号；

模数转换器，与所述第一数模转换器、所述调制器均连接，用于根据所述第一模拟信号生成第一反馈信号。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反馈信号包括第二反馈信号，所述转换器包括：

第二数模转换器，与所述调制器及滤波器均连接，用于接收所述第二数字信号，并将所述第二数字信号转化处理，输出所述第一模拟信号；

码值电压转换器，与所述调制器的输出端连接，用于根据所述第二数字信号生成所述第二反馈信号。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述码值电压转换器包括码值电压转换函数。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述码值电压转换函数基于所述第一模拟信号生成所述第二反馈信号。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述调制器包括∑Δ调制器。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述∑Δ调制器包括：

累加器，用于根据接收的所述第一数字信号及所述反馈信号，生成累加信号；

积分器，与所述累加器连接，用于根据所述累加信号生成积分信号；

量化器，与所述积分器连接，用于根据所述积分信号，生成所述第二数字信号。

8.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述调制器包括：

PWM转换模块，用于根据接收的所述第一数字信号及所述反馈信号生成所述第二数字信号。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述滤波器包括低通滤波器。

10.一种数模调制转换器，其特征在于，包括：

根据权利要求1-9任一项所述的电路。

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