JP2023516520A - デジタルアナログ変換装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記制御モジュールは前記n個の変換モジュールと電気的に接続されており、前記制御モジュールは、入力デジタル信号をn個の中間デジタル部分に分割し、各中間デジタル部分を前記各中間デジタル部分に対応する変換モジュールの変換係数で除算して中間デジタル信号を得て、n個の中間デジタル信号を、前記n個の中間デジタル信号と一対一に対応する前記n個の変換モジュールへそれぞれ伝送するように構成されており、ここで、前記n個の中間デジタル部分は段階的に増大し、
各変換モジュールは、前記各変換モジュールに対応する中間デジタル信号をデジタル-アナログ変換するように構成されており、ここで、変換された結果は前記各変換モジュールの変換係数を含み、
前記n個の変換モジュールはいずれも前記加算器と電気的に接続されており、前記加算器は、前記n個の変換モジュールの出力信号を加算して、アナログ信号を得て出力するように構成されており、
前記フィードバックモジュールは、前記アナログ信号を収集し、前記アナログ信号からフィードバック信号を得るように構成されており、前記制御モジュールはさらに、前記フィードバック信号を取得し、デジタル目標信号及び前記フィードバック信号に応じて前記n個の中間デジタル部分の割当を調節するように構成されている、
デジタルアナログ変換装置を提供する。
デジタルアナログ変換装置の制御モジュールは、デジタル入力信号をn個の中間デジタル部分に分割し、各中間デジタル部分を前記各中間デジタル部分に対応する前記デジタルアナログ変換装置の変換モジュールの変換係数で除算して中間デジタル信号を得て、n個の中間デジタル信号を、前記n個の中間デジタル信号と一対一に対応するn個の変換モジュールへそれぞれ伝送し、ここで、前記n個の中間デジタル部分が段階的に増大し、nが2以上の整数であることと、
各変換モジュールは、前記各変換モジュールに対応する中間デジタル信号を受信し、前記中間デジタル信号に応じてデジタル-アナログ変換を行い、ここで、前記各変換モジュールが1つの変換係数を含み、且つ、前記n個の変換モジュールに含まれるn個の変換係数が段階的に増大し、変換された結果が前記各変換モジュールの変換係数を含むことと、
前記デジタルアナログ変換装置の加算器は、前記n個の変換モジュールの出力信号を加算して、アナログ信号を得ることと、
前記デジタルアナログ変換装置のフィードバックモジュールは、前記アナログ信号を収集し、前記アナログ信号からフィードバック信号を得ることと、
前記制御モジュールは、前記フィードバック信号を取得し、デジタル目標信号及び前記フィードバック信号に応じて前記n個の中間デジタル部分の割当を調節することと、
を含む、デジタルアナログ変換方法をさらに提供する。
制御モジュールは、変換モジュールの数及びそれぞれの分解能に応じて、デジタル入力信号を、段階的に増大するn個の中間デジタル部分に分割し、変換モジュールの変換能力を満たすために、制御モジュールは、まず、複数の中間デジタル部分を、対応する変換モジュールの変換係数に従って縮小し、n個の中間デジタル信号を形成し、さらに変換モジュールへそれぞれ伝送する。
好ましくは、変換モジュールは、DA変換ユニットと係数ユニットとを含み、変換モジュールの変換プロセスは、DA変換ユニットが、中間デジタル信号をデジタル-アナログ変換して中間アナログ信号を得て、係数ユニットが、変換係数を含み、中間アナログ信号を変換係数で乗算して変換アナログ信号を得るように構成される。
好ましくは、アナログ信号は電圧信号であり、電流信号を出力する必要がある時、V-I回路によって、アナログ信号を電流信号に変換して出力することができる。
デジタルアナログ変換装置のコストを下がるように、フィードバックモジュールは、高精度なアナログ-デジタル変換器に集積されており、制御システムにおける高精度なアナログ-デジタル変換器の余裕なリソースを採用する。
制御モジュールは、フィードバックモジュールの出力信号のフォーマットに応じて、デジタル入力信号に対応するデジタル目標信号を確定し、フィードバックモジュールは、アナログ信号を収集し、フィードバック信号を形成して制御モジュールに伝送し、制御モジュールは、デジタル目標信号とフィードバック信号との差に応じて中間デジタル部分の割当を調整し、これにより、出力されるアナログ信号に対する調整が実現され、複数回の調整により、フィードバック信号が徐々にデジタル目標信号に近づくようにし、出力されたアナログ信号が徐々に目標値に近づき、これにより、変換精度が向上する。
デジタル目標信号のフォーマットと、フィードバックモジュールの出力信号のフォーマットとは互いにマッチングしている。好ましくは、制御モジュールは、デジタル入力信号からデジタル目標信号を得ることができる。フィードバックモジュールは、制御システムにおける高精度なアナログ-デジタル変換器の余裕なリソースを採用することができ、制御モジュールは、フィードバックモジュールのコード値の変換関係に応じてデジタル目標信号を算出することができる。フィードバックモジュールのコード値の変換関係は、すなわち、高精度なアナログ-デジタル変換器のコード値の変換関係である。好ましくは、コード値の変換関係は、2点標定で線形計算により取得することができる。コード値の変換関係を算出するステップは図5に示されるとおりで、ステップについては以下の実施例で説明し、ここでは説明しない。
制御モジュールは、フィードバックモジュールにより出力されたフィードバック信号を収集し、フィードバック信号のフォーマットと、デジタル目標信号のフォーマットとは互いにマッチングしている。
高精度なデジタルアナログ変換装置を制御して第1アナログ信号を出力し、フィードバックモジュールが第1アナログ信号を収集して第1フィードバック信号を得て、第1アナログ信号及び第1フィードバック信号によって構成される第1座標点を作成することと、
高精度なデジタルアナログ変換装置を制御して第2アナログ信号を出力し、フィードバックモジュールが第2アナログ信号を収集して第2フィードバック信号を得て、第2アナログ信号及び第2フィードバック信号によって構成される第2座標点を作成するここと、
第1座標点及び第2座標点からリファレンス補正線を得ることと、
デジタル目標信号及びフィードバック信号に応じて、PID調節の方法によりファレンス補正線を調節し、調節曲線を形成することと、
を含む。
例示的には、図2及び図6を参照し、図6における曲線が実際の出力曲線であると仮定し、デジタル目標信号とフィードバック信号との差に応じて、PIDによって浮動座標点P4の縦座標を調節して調節曲線を形成した後、デジタル目標信号を縦軸の目標出力リサンプリングADコード値とし、調節曲線上においてのこの縦座標の対応する横座標のDAコード値を調節アナログ信号として見出す。制御モジュール110は、この値を基準として中間デジタル部分の再割当を行う。
調節ポリシーの形成プロセスは図8に示されるとおりであり、ステップについては以下の実施例において説明し、ここでは説明しない。
制御モジュールは、デジタル入力信号に対して再割当を行うことで、出力を調整する。次の周期では、フィードバックモジュールのフィードバック信号とデジタル目標信号とに基づき比較し、調節曲線を修正し、調節アナログ信号を再算出し、調節ポリシーを再び形成し、再び出力する。このように繰り返す。好ましくは、1つのデジタル入力信号の出力は、複数の周期にわたる調節を経てもよい。
ホッピング閾値は、合計(n-1)個あり、装置の使用前に確定されてプログラムに書き込まれてもよいし、比較するたびに調整されてもよい。
上記のように、各変換モジュールの変換係数はハードウェア回路により決定され、理論的な計算値は参考にすぎず正確ではない。変換係数は、主に、隣接した2つの変換モジュールの間の「桁上げ」に用いられるが、変換係数の不正確さにより、中間デジタル部分が再度割当てられるときに、出力がオーバーシュートする可能性がある。従って、オーバーシュートを低減する処理を分類して行うよう、ホッピング閾値を設定する必要がある。
調節アナログ信号は、アナログ信号よりも大きい可能性もあり、アナログ信号よりも小さい可能性もあり、調節アナログ信号はアナログ信号よりも大きいと、全体として上向きに調節される必要があり、調節アナログ信号はアナログ信号よりも小さいと、全体として下向きに調節される必要がある。
絶対値の第1部分及び第2部分は絶対値の全体を構成し、第1部分及び第2部分の割当は、各変換モジュールの調節残量に応じて行われる。変換係数が正確でないことから、修正結果に誤差がある可能性がある、従って、絶対値による調節が完成した後、フィードバック信号を再び収集して、此度のデジタル目標信号に近づける調節を再び行うこともできる。
絶対値がi番目のホッピング閾値よりも小さいと、緩やかな変化であると考えられる。できるだけ前のi個の変換モジュールで調節する必要がある。しかし、絶対値が前のi個の変換モジュール全体の調節可能な閾値よりも大きいと、前のi個の変換モジュールの調節能力が不足していることを意味し、超えた部分を(i+1)番目の変換モジュールに桁上げして調節する必要がある。
目標ADコード値は、すなわち、フィードバックモジュール140に対するデジタル目標信号である。
フィードバックモジュール140は、高精度なアナログ-デジタル変換器10の余裕なリソースを採用するため、リアルタイムに作動しない。
目標DAコード値は、すなわち、調節アナログ信号である。
フィードバックモジュール140が作動していない時は、調節曲線は一時的に変わらない。
好ましくは、オーバーシュートを低減するために、第2変換モジュール120-2に割当てられる量を、第1変換モジュール120-1がオーバーフローする量よりも少し多くすることができ、より多くの調節残量を第1変換モジュール120-1のために残し、目標値に近づいたときに、できるだけ第1変換モジュール120-1のみで調節する。
絶対値の第1部分及び第2部分は絶対値の全体を構成し、第1部分及び第2部分の割当は、各変換モジュールの調節残量に応じて行われる。変換係数が正確でないことから、修正結果に誤差がある可能性がある、従って、絶対値による調節が完成した後、フィードバック信号を再び収集して、此度のデジタル目標信号に近づける調節を再び行うこともできる。
Claims (10)
- 制御モジュール、n個の変換モジュール、加算器、及びフィードバックモジュールを含むデジタルアナログ変換装置であって、nは2以上の整数であり、各変換モジュールは1つの変換係数を含み、且つ、前記n個の変換モジュールに含まれるn個の変換係数は段階的に増大し、
前記制御モジュールは前記n個の変換モジュールと電気的に接続されており、前記制御モジュールは、デジタル入力信号をn個の中間デジタル部分に分割し、各中間デジタル部分を前記各中間デジタル部分に対応する変換モジュール的変換係数で除算して中間デジタル信号を得て、n個の中間デジタル信号を、前記n個の中間デジタル信号と一対一に対応する前記n個の変換モジュールへそれぞれ伝送するように構成されており、ここで、前記n個の中間デジタル部分は段階的に増大し、
各変換モジュールは、前記各変換モジュールに対応する中間デジタル信号をデジタル-アナログ変換するように構成されており、ここで、変換された結果は前記各変換モジュールの変換係数を含み、
前記n個の変換モジュールはいずれも前記加算器と電気的に接続されており、前記加算器は、前記n個の変換モジュールの出力信号を加算して、アナログ信号を得て出力するように構成されており、
前記フィードバックモジュールは、前記アナログ信号を収集し、前記アナログ信号からフィードバック信号を得るように構成されており、前記制御モジュールはさらに、前記フィードバック信号を取得し、デジタル目標信号及び前記フィードバック信号に応じて前記n個の中間デジタル部分の割当を調節するように構成されている、
デジタルアナログ変換装置。 - 前記各変換モジュールは、デジタル-アナログDA変換ユニットと係数ユニットとを含み、
前記DA変換ユニットの入力端は前記制御モジュールと電気的に接続されており、前記DA変換ユニットは、前記各変換モジュールに対応する中間デジタル信号をデジタル-アナログ変換して中間アナログ信号を得るように構成されており、
前記DA変換ユニットの出力端は前記係数ユニットと電気的に接続されており、前記係数ユニットは、前記各変換モジュールの変換係数を含み、前記中間アナログ信号を前記各変換モジュールの変換係数で乗算するように構成されている、
請求項1に記載のデジタルアナログ変換装置。 - 前記係数ユニットは、第1電気抵抗と第2電気抵抗とを含み、
前記第1電気抵抗の第1端は、前記DA変換ユニットと電気的に接続されており、前記第1電気抵抗の第2端は、前記加算器と電気的に接続されており、前記第2電気抵抗の第1端は、前記第1電気抵抗の第2端と電気的に接続されており、前記第2電気抵抗の第2端は、接地されるように構成されている、
請求項2に記載のデジタルアナログ変換装置。 - 前記フィードバックモジュールは、高精度なアナログ-デジタル変換器に集積されており、前記高精度なアナログ-デジタル変換器の余裕なリソースを採用するように構成されている、
請求項1に記載のデジタルアナログ変換装置。 - デジタルアナログ変換方法であって、
デジタルアナログ変換装置の制御モジュールは、デジタル入力信号をn個の中間デジタル部分に分割し、各中間デジタル部分を前記各中間デジタル部分に対応する前記デジタルアナログ変換装置の変換モジュールの変換係数で除算して中間デジタル信号を得て、n個の中間デジタル信号を、前記n個の中間デジタル信号と一対一に対応するn個の変換モジュールへそれぞれ伝送し、ここで、前記n個の中間デジタル部分は段階的に増大し、nは2以上の整数であることと、
各変換モジュールは、前記各変換モジュールに対応する中間デジタル信号を受信し、前記中間デジタル信号に応じてデジタル-アナログ変換を行い、ここで、前記各変換モジュールは1つの変換係数を含み、且つ、前記n個の変換モジュールに含まれるn個の変換係数は段階的に増大し、変換された結果は前記各変換モジュールの変換係数を含むことと、
前記デジタルアナログ変換装置の加算器は、前記n個の変換モジュールの出力信号を加算して、アナログ信号を得ることと、
前記デジタルアナログ変換装置のフィードバックモジュールは、前記アナログ信号を収集し、前記アナログ信号からフィードバック信号を得ることと、
前記制御モジュールが、前記フィードバック信号を取得し、デジタル目標信号及び前記フィードバック信号に応じて前記n個の中間デジタル部分の割当を調節することと、
を含む、デジタルアナログ変換方法。 - 前記制御モジュールはデジタル入力信号をn個の中間デジタル部分に分割する前に、前記デジタル目標信号を取得することをさらに含む、
請求項5に記載のデジタルアナログ変換方法。 - 前記制御モジュールはデジタル目標信号及び前記フィードバック信号に応じて前記n個の中間デジタル部分の割当を調節することは、
前記デジタルアナログ変換装置が第1アナログ信号を出力するように制御し、前記フィードバックモジュールが前記第1アナログ信号を収集して第1フィードバック信号を得て、前記第1アナログ信号及び前記第1フィードバック信号によって構成される第1座標点を作成することと、
前記デジタルアナログ変換装置が第2アナログ信号を出力するように制御し、前記フィードバックモジュールが前記第2アナログ信号を収集して第2フィードバック信号を得て、前記第2アナログ信号及び前記第2フィードバック信号によって構成される第2座標点を作成することと、
前記第1座標点及び前記第2座標点からリファレンス補正線を得ることと、
前記デジタル目標信号及び前記フィードバック信号に応じて、比例・積分・微分PID調節の方法により前記リファレンス補正線を調節し、調節曲線を形成することと、
前記調節曲線に応じて、前記n個の中間デジタル部分の割当を調節することと、
を含む、請求項5に記載のデジタルアナログ変換方法。 - 前記調節曲線に応じて、前記n個の中間デジタル部分の割当を調節することは、
前記デジタル目標信号をフィードバック目標信号とし、前記調節曲線における前記フィードバック目標信号に対応するアナログ信号を調節アナログ信号とすることと、
次第に増大する(n-1)個のホッピング閾値を設定し、(n-1)番目のホッピング閾値から下向きに、前記調節アナログ信号と前記アナログ信号との差の絶対値が現在のホッピング閾値よりも大きいかどうかを段階的に判断し、調節ポリシーを設定することと、
を含む、請求項7に記載のデジタルアナログ変換方法。 - 前記調節ポリシーを設定することは、
前記調節アナログ信号と前記アナログ信号との差の絶対値がi(1≦i≦(n-1))番目のホッピング閾値よりも大きいことに呼応して、前記調節ポリシーを、前記絶対値の第1部分を(i+1)番目の変換モジュールに割当て、前記絶対値の第2部分を前のi個の変換モジュールに割当てるように設定し、ここで、前記絶対値の第1部分及び第2部分は前記絶対値を構成することと、
前記調節アナログ信号と前記アナログ信号との差の絶対値がi番目のホッピング閾値以下であることに呼応して、前記絶対値が前のi個の変換モジュール全体の調節可能な閾値よりも大きいかどうかを判断することと、
前記絶対値が前のi個の変換モジュール全体の調節可能な閾値以下であることに呼応して、前記調節ポリシーを、前のi個の変換モジュール全体の調節量が前記絶対値であるように設定することと、
を含む、
請求項8に記載のデジタルアナログ変換方法。 - 前記絶対値が前のi個の変換モジュール全体の調節可能な閾値よりも大きいかどうかを判断した後は、
前記絶対値が前のi個の変換モジュール全体の調節可能な閾値よりも大きいことに呼応して、前記調節ポリシーを、前記絶対値における前記調節可能な閾値を超えた部分を(i+1)番目の変換モジュールに割当てて調節し、前記絶対値の残りの部分を前のi個の変換モジュールに割当てて調節するように設定すること、
をさらに含む、請求項9に記載のデジタルアナログ変換方法。
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