本發(fā)明涉及信號(hào)處理，具體地說涉及一種16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器dac是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的信號(hào)處理電路。根據(jù)不同的性能需求相應(yīng)也有不同設(shè)計(jì)框架，典型的電阻型、電容型與及電流型在設(shè)計(jì)上對(duì)精準(zhǔn)的參考電壓或電流有很強(qiáng)的依賴。在電路設(shè)計(jì)過程，相比于精準(zhǔn)控制一個(gè)電壓或電流模擬量，通過控制時(shí)鐘電路的計(jì)時(shí)分頻，實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)鐘脈寬占空比要容易得多。

2、故此，現(xiàn)有技術(shù)中衍生出一種基于脈寬調(diào)制pwm技術(shù)下的dac數(shù)模轉(zhuǎn)換器，通過所輸入數(shù)字碼控制輸出時(shí)鐘的脈寬占空比，再通過對(duì)輸出時(shí)鐘信號(hào)濾波，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模擬量的輸出，從而完成轉(zhuǎn)換。該類dac具有穩(wěn)健可靠、簡易成本低等優(yōu)勢，多運(yùn)用功率轉(zhuǎn)換、led亮度控制、電機(jī)控制及一些信號(hào)調(diào)理電路。但是，對(duì)典型的pwm-dac實(shí)現(xiàn)方案而言，需要獲得高分辨率的性能是以高時(shí)鐘頻率為代價(jià)的，因此，在相對(duì)較寬的帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高分辨率非常具有挑戰(zhàn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的一種有助于合理提升速度及精度性能的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可至少解決上述技術(shù)問題之一。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，包括16位脈寬調(diào)制器、高低位pwm量化器以及二階有源低通濾波器；

4、所述16位脈寬調(diào)制器用于將輸入16位數(shù)碼轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制pwm信號(hào)，包括兩路雙8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道，分別為高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道和低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道，上述兩路通道具有同樣的計(jì)數(shù)時(shí)鐘、復(fù)位控制以及寄存使能；

5、所述高低位pwm量化器的輸入端分別與所述高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道及低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道的輸出端對(duì)應(yīng)連接，所述高低位pwm量化器的輸出端連接至所述二階有源低通濾波器的信號(hào)輸入端。

6、進(jìn)一步地，構(gòu)成所述高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道或所述低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道的基本單元為一位鎖存全加器，所述一位鎖存全加器由兩個(gè)d觸發(fā)器和一個(gè)全加器構(gòu)成；

7、兩個(gè)d觸發(fā)器分別為輸入級(jí)d觸發(fā)器和中間級(jí)d觸發(fā)器，所述輸入級(jí)d觸發(fā)器用于將輸入的單比特的數(shù)碼進(jìn)行鎖存更新，由控制腳dlat使能同步數(shù)碼輸入腳d的更新，所述中間級(jí)d觸發(fā)器用于根據(jù)輸入碼進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)時(shí)鐘ck來自系統(tǒng)時(shí)鐘；

8、所述全加器用于將來自低位的加法溢出碼ci與當(dāng)位的計(jì)數(shù)碼做二進(jìn)制加法運(yùn)算，并根據(jù)當(dāng)前輸入數(shù)碼是否為邏輯“1”，將一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期疊加到最終pwm調(diào)制后的脈寬，即輸出腳co的脈寬，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)數(shù)碼權(quán)重修改pwm調(diào)制的脈寬占空比。

9、進(jìn)一步地，低8位數(shù)碼經(jīng)過所述低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道調(diào)制后的占空比，相對(duì)16位原理上的脈寬調(diào)制，占空比被放大256倍，該輸出的pwm信號(hào)經(jīng)過所述高低位pwm量化器同比縮放后，再與高8位數(shù)碼經(jīng)過所述高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道輸出的pwm信號(hào)疊加，復(fù)原成等效的16位pwm脈寬調(diào)制。

10、進(jìn)一步地，所述16位脈寬調(diào)制器被劃分為高、低各8位，分別鎖存到雙通道進(jìn)行同步并行調(diào)制轉(zhuǎn)換，所述16位脈寬調(diào)制器輸出高低兩路調(diào)制信號(hào)，分別為pwmh和pwml，所述pwmh代表高8位輸入數(shù)碼調(diào)制后的輸出，所述pwml代表低8位輸入數(shù)碼調(diào)制后的輸出，所述pwmh與所述pwml兩路的輸出特性一致，該兩路輸出同時(shí)輸入至所述高低位pwm量化器進(jìn)行量化疊加，最終輸出vpwm，該vpwm為所述16位脈寬調(diào)制器的最終輸出。

11、進(jìn)一步地，所述高低位pwm量化器包括兩組邏輯緩沖器和電阻-電容網(wǎng)絡(luò)，兩組邏輯緩沖器分別連接至所述高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道與所述低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道，每組邏輯緩沖器均包括多個(gè)邏輯反向器，所述電阻-電容網(wǎng)絡(luò)包括rh、rl、rf、cs和cf，兩組邏輯緩沖器分別對(duì)所述pwml與所述pwmh兩路信號(hào)分化出pwmlb與pwmhb兩路信號(hào)，利用信號(hào)的反向疊加消除紋波的直流分量，再通過rf與cs構(gòu)成的帶通濾波及rf與cf構(gòu)成的低通濾波來抑制部分高次諧波，等效為輸出級(jí)的所述二階有源低通濾波器引入額外的諧波抑制極點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的量化疊加。

12、進(jìn)一步地，兩路雙8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道輸出的兩組pwm信號(hào)在短接前先分別串接權(quán)重電阻rh和rl，rh代表高8位pwm信號(hào)串接的電阻，rl代表低8位pwm信號(hào)串接的電阻，兩者的比率關(guān)系為：rl＝256*rh。

13、進(jìn)一步地，所述二階有源低通濾波器包括放大器，所述放大器與所述邏輯反向器由同一驅(qū)動(dòng)電源供電。

14、一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括所述16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。

15、本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

16、1、本發(fā)明通過分析傳統(tǒng)型pwm-dac在實(shí)現(xiàn)高分辨轉(zhuǎn)換過程出現(xiàn)的問題，針對(duì)高分辨率必導(dǎo)致信號(hào)帶寬被壓縮的難題，提出雙通道并行轉(zhuǎn)換，乃至，在此基礎(chǔ)上劃分出四通道并行轉(zhuǎn)換的思路，有效提高信號(hào)帶寬，合理平衡分辨率與信號(hào)帶寬在電子設(shè)備應(yīng)用中的矛盾，從而讓傳統(tǒng)型pwm-dac的性能得以改進(jìn)。同時(shí)，本發(fā)明簡化了電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度，以本申請(qǐng)16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為例，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)高分辨率的保證，又提升了信號(hào)帶寬。

17、2、本發(fā)明中，簡單的數(shù)字計(jì)時(shí)電路框架產(chǎn)生高分辨pwm，通過單元鎖存全加器的級(jí)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)通道的劃分，電路實(shí)施簡單；后續(xù)通過簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了多通道輸出的pwm信號(hào)進(jìn)行疊加量化以及主動(dòng)紋波抑制，降低最終輸出級(jí)低通濾波器的設(shè)計(jì)難度及復(fù)雜度。如此，電路復(fù)雜度得以優(yōu)化，為降低功耗及面積提供可行性。

技術(shù)特征：

1.16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括16位脈寬調(diào)制器(100)、高低位pwm量化器(110)以及二階有源低通濾波器(120)；

2.如權(quán)利要求1所述的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，構(gòu)成所述高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道或所述低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道的基本單元為一位鎖存全加器(1001)，所述一位鎖存全加器(1001)由兩個(gè)d觸發(fā)器和一個(gè)全加器構(gòu)成；

3.如權(quán)利要求1所述的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，低8位數(shù)碼經(jīng)過所述低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道調(diào)制后的占空比，相對(duì)16位原理上的脈寬調(diào)制，占空比被放大256倍，該輸出的pwm信號(hào)經(jīng)過所述高低位pwm量化器(110)同比縮放后，再與高8位數(shù)碼經(jīng)過所述高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道輸出的pwm信號(hào)疊加，復(fù)原成等效的16位pwm脈寬調(diào)制。

4.如權(quán)利要求1所述的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述16位脈寬調(diào)制器(100)被劃分為高、低各8位，分別鎖存到雙通道進(jìn)行同步并行調(diào)制轉(zhuǎn)換，所述16位脈寬調(diào)制器(100)輸出高低兩路調(diào)制信號(hào)，分別為pwmh和pwml，所述pwmh代表高8位輸入數(shù)碼調(diào)制后的輸出，所述pwml代表低8位輸入數(shù)碼調(diào)制后的輸出，所述pwmh與所述pwml兩路的輸出特性一致，該兩路輸出同時(shí)輸入至所述高低位pwm量化器(110)進(jìn)行量化疊加，最終輸出vpwm，該vpwm為所述16位脈寬調(diào)制器(100)的最終輸出。

5.如權(quán)利要求4所述的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述高低位pwm量化器(110)包括兩組邏輯緩沖器和電阻-電容網(wǎng)絡(luò)，兩組邏輯緩沖器分別連接至所述高8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道與所述低8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道，每組邏輯緩沖器均包括多個(gè)邏輯反向器(1101)，所述電阻-電容網(wǎng)絡(luò)包括rh、rl、rf、cs和cf，兩組邏輯緩沖器分別對(duì)所述pwml與所述pwmh兩路信號(hào)分化出pwmlb與pwmhb兩路信號(hào)，利用信號(hào)的反向疊加消除紋波的直流分量，再通過rf與cs構(gòu)成的帶通濾波及rf與cf構(gòu)成的低通濾波來抑制部分高次諧波，等效為輸出級(jí)的所述二階有源低通濾波器(120)引入額外的諧波抑制極點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的量化疊加。

6.如權(quán)利要求1所述的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，兩路雙8位pwm調(diào)制轉(zhuǎn)換通道輸出的兩組pwm信號(hào)在短接前先分別串接權(quán)重電阻rh和rl，rh代表高8位pwm信號(hào)串接的電阻，rl代表低8位pwm信號(hào)串接的電阻，兩者的比率關(guān)系為：rl＝256*rh。

7.如權(quán)利要求5所述的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述二階有源低通濾波器(120)包括放大器(1201)，所述放大器(1201)與所述邏輯反向器(1101)由同一驅(qū)動(dòng)電源供電。

8.數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的16位pwm-dac數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了16位PWM?DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，包括16位脈寬調(diào)制器、高低位PWM量化器以及二階有源低通濾波器；16位脈寬調(diào)制器包括兩路雙8位PWM調(diào)制轉(zhuǎn)換通道，分別為高8位PWM調(diào)制轉(zhuǎn)換通道和低8位PWM調(diào)制轉(zhuǎn)換通道；高低位PWM量化器的輸入端分別與高8位PWM調(diào)制轉(zhuǎn)換通道及低8位PWM調(diào)制轉(zhuǎn)換通道的輸出端對(duì)應(yīng)連接，高低位PWM量化器的輸出端連接至二階有源低通濾波器的信號(hào)輸入端。本發(fā)明還公開了數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括16位PWM?DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明提出了簡易的雙通道轉(zhuǎn)化技術(shù)，配合簡易的量化、紋波抑制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了該類型數(shù)碼轉(zhuǎn)換器在速度及精度性能上的合理提升。

技術(shù)研發(fā)人員：陳木主,蘇志斌,崔麗霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東光電集成器件研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30