專利名稱：一種去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路和使用方法
技術領域：
本發明涉及數字模擬轉換器的輸出部分，具體是用一種“跟蹤/充電”電路去除數字模擬轉換器產生的短時脈沖干擾
背景技術：
在R-2R結構的數字模擬轉換器中，當數據發生變化時會產生短時脈沖干擾。圖1是一個R-2R數字模擬轉換器的結構圖。其中，由控制信號110-113控制著模擬開關120-123，組成了一個4位的R-2R梯形網絡。分辨率為2的4次方，控制信號110為最高有效位，控制信號113為最低有效位。運算放大器101負責將R-2R梯形網絡輸出的電流轉換成電壓輸出102。當控制信號110-113從“0111”變化為“1000”或者從“1000”變化成“0111”時，二
進制數據只增加了 1，但是所有的位包括最高有效位都發生了變化。而在現實中，所有位的變化不可能完全同步，模擬開關120-123的動作也不可能完全同步，會有一定的時間差異， 這造成了一定的中間態。這個中間態會導致一個較大的短時脈沖干擾。另外，模擬開關120-123在開關切換的時候會產生一些電荷注入。這也會導致一些較小的短時脈沖干擾。所以，在R-2R數字模擬轉換器中，當數據發生變化時會產生一些短時脈沖干擾。 這些短時脈沖干擾會使數字模擬轉換器輸出端102產生噪音。最簡單的用于去除短時脈沖干擾的方法是在輸出端加一個低通濾波器，濾除掉高頻的短時脈沖干擾。但是這種方法不能夠完全濾除短時脈沖干擾的能量。而且低通濾波器本身會限制數字模擬轉換器的帶寬。一個經常用于去除短時脈沖干擾的方法是在數字模擬轉換器的輸出端加一個“跟蹤/保持”電路。如圖2A所示的“跟蹤/保持”電路200A，當數字模擬轉換器100的數據發生變化時，模擬開關201斷開，進入“保持”狀態，電容202保持著模擬開關201斷開之前的電平，運算放大器203緩沖電容202的電平，電路的輸出204被保持在之前的電平。這時， 由數字模擬轉換器產生的短時脈沖干擾不會影響輸出。當數字模擬轉換器結束了短時脈沖干擾，模擬開關201閉合，切換回“跟蹤”狀態。電路的輸出端204被跟蹤成數字模擬轉換器輸出端102的數據變化過后的電平。由于“跟蹤/保持”電路的切換需要由模擬開關來完成，在切換的時候同樣會有電荷注入的問題。一個常用的去除“跟蹤/保持”電路中模擬開關電荷注入問題的方法如圖 2B所示，在運算放大器203的另一端加上一個相同的模擬開關205和電容206。模擬開關 201和205同時動作，電荷注入同時作用于電容202和206，這樣可以做一個差分補償。雖然“跟蹤/保持”電路可以去除數字模擬轉換器中的短時脈沖干擾。但由于電容 202的存在使得電路產生過沖現象。如圖3所示，在“保持”狀態下，數字模擬轉換器的輸出端102在經過了短時脈沖干擾300后變化到新的電平。然后“保持”狀態切換到“跟蹤”狀態。這時需要驅動電容202跟蹤數字模擬轉換器輸出端102的新電平。驅動電容負載會發生過沖301。這同樣會對“跟蹤/保持”電路的輸出端204產生新的噪音。另外，由于過沖 301的存在，需要有足夠的時候等待過沖消失，這增加了數字模擬轉換器的穩定時間。
發明內容
本發明的第1個目的是提供了一種“跟蹤/充電”電路。它可以用于去除數字模擬轉換器的短時脈沖干擾，同時也可以去除“跟蹤/保持”電路帶來的過沖現象。減少了數字模擬轉換器所產生的噪音。本發明的第2個目的是提供了上述“跟蹤/充電”電路的使用方法。為實現上述目的，通過以下的技術方案實現“跟蹤/充電”電路。電容通過一個模擬開關連接到數字模擬轉換器輸出端。“跟蹤/充電”控制器觀察數字模擬轉換器輸入的數據，當數據發生變化的時候，切換到“充電”狀態，斷開連接數字模擬轉換器輸出端和電容的模擬開關，斷開后電容保持著斷開前的電平，然后通過可變電流源對電容充電/放電，使電容兩端的電平變化到近似于數據變化后的電平。當數字模擬轉換器的短時脈沖干擾結束， 輸出端穩定后，進入“跟蹤”狀態，閉合連接數字模擬轉換器輸出端和電容的模擬開關，電容兩端的電平被跟蹤到數字模擬轉換器輸出端的電平。由于電容在數字模擬轉換器產生短時脈沖干擾的時候被斷開，不受到影響，而且被充電/放電到近似于數據變化后的電平，在進入到“跟蹤”狀態時過沖大大減小。
附圖1是背景技術的數字模擬轉換器構成圖附圖2A是背景技術的“跟蹤/保持”電路用于數字模擬轉換器的構成圖附圖2B是背景技術基于附圖2A，加上對電荷注入的差分補償后的構成圖附圖3是背景技術的“跟蹤/保持”電路的工作波形示意圖附圖4是本發明“跟蹤/充電”電路的實施例一的構成圖附圖5是本發明“跟蹤/充電”電路的工作波形示意圖附圖6是本發明“跟蹤/充電”電路的實施例二的構成圖附圖7是本發明“跟蹤/充電”電路的實施例三的構成圖
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。圖4是根據本發明的實施例一的構成圖，其中包含“跟蹤/充電”電路400A。當數據407需要變化的時候，“跟蹤/充電”控制器406斷開模擬開關401，進入“充電”狀態。 可變電流源405對電容402進行定量的充電/放電，使電容402兩端的電平變化到近似于數據變化后的電平，同時，數字模擬轉換器100進行變化動作，產生短時脈沖干擾。在數字模擬轉換器輸出端102穩定后，可變電流源405停止充電，模擬開關401閉合，進入“跟蹤” 狀態，電容402兩端的電平被跟蹤到數字模擬轉換器輸出端102的電平。
圖5是“跟蹤/充電”電路的工作波形示意圖。由于在“充電”狀態下，電容402兩端的電平已經被充電/放電到近似于數字模擬轉換器輸出端102變換后的電平，所以，當模擬開關401閉合，工作在“跟蹤”狀態后，對電容402進行的驅動很小。所以，“跟蹤/充電” 電路輸出端404的過沖301也會很小。圖6是“跟蹤/充電”電路的實施例二的構成圖。在實施例一的基礎上，考慮到模擬開關401在切換的時候會產生電荷注入問題，加入模擬開關408和電容409對模擬開關 401的電荷注入進行差分補償。模擬開關401，408產生相同的電荷注入，電容402，409的容量也相同。這樣，電荷注入在運算放大器403正端和負端的影響相互抵消。輸出端404便不會受到電荷注入的影響。圖6是“跟蹤/充電”電路的實施例三的構成圖。這是一個反相方式的“跟蹤/充電”電路。在這種方式下，可變電流源405對運算放大器403的負端連接的電容402進行充電/放電，由于運算放大器403的正端通過模擬開關401接地，負端是虛地，電位固定，這樣可以使可變電流源405的電路設計更加簡單。同樣，為了去除電荷注入的不良影響，模擬開關401，408和電容402，409配對，以達到差分補償的作用。
權利要求
1.一種去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路，其特征在于包括有“跟蹤/充電”控制器，用于提供控制信號用于切換“跟蹤”狀態和“充電”狀態；電容，用于在“跟蹤”狀態下跟蹤到數字模擬轉換器輸出端的電平；在“充電”狀態下被可變電流源充電/放電；可變電流源，連接到電容；運算放大器，輸入端連接到電容，輸出端緩沖放大電容兩端的電平。
2.根據權利要求1所述的去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路，其特征在于，當數字模擬轉換器輸出端需要發生變化時，“跟蹤/充電”控制器發出控制信號使電路工作在“充電”狀態，當數字模擬轉換器輸出端穩定時，“跟蹤/充電”控制器發出控制信號使電路工作在“跟蹤”狀態。
3.根據權利要求1所述的去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路，其特征在于，模擬開關在“充電”狀態時斷開數字模擬轉換器輸出端和電容的連接，使數字模擬轉換器輸出端的短時脈沖干擾不會影響到電容，在“跟蹤”狀態時閉合數字模擬轉換器輸出端和電容的連接，使電容跟蹤到數字模擬轉換器輸出端的電平。
4.根據權利要求1所述的去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路，其特征在于，可變電流源在“充電”狀態時對電容進行充電/放電，在“跟蹤”狀態時停止對電容進行充電/放電。
5.根據權利要求1所述的去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路，其特征在于，運算放大器輸入端連接電容，運算放大器輸出端緩沖放大電容兩端的電平。
6.一種去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路的使用方法，其特征在于包括以下步驟(1)、“跟蹤/充電”控制器觀察數字模擬轉換器的輸入數據，當數據發生變化時，發出控制信號，切換到“充電”狀態；O)、在“充電”狀態下，模擬開關斷開電容和數字模擬轉換器輸出端的連接，可變電流源對電容進行充電/放電，使電容兩端的電平變化到近似于數據變化后的電平；(3)、當數字模擬轉換器輸出端穩定后，“跟蹤/充電”控制器發出控制信號，切換到“跟蹤”狀態；G)、在“跟蹤”狀態下，模擬開關閉合電容和數字模擬轉換器輸出端的連接，使電容兩端的電平被跟蹤到數字模擬轉換器輸出端的電平。
全文摘要
本發明公開了一種去除數字模擬轉換器短時脈沖干擾的電路和使用方法。“跟蹤/充電”控制器提供控制信號用于切換“跟蹤”狀態和“充電”狀態。電容在“跟蹤”狀態下跟蹤到數字模擬轉換器輸出端的電平，在“充電”狀態下被可變電流源充電/放電。可變電流源連接到電容。運算放大器輸入端連接到電容，輸出端緩沖放大電容兩端的電平。本發明減少了數字模擬轉換器所產生的噪音。
文檔編號H03M1/06GK102571087SQ201210041358
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月23日 優先權日2012年2月23日
發明者諸藎鋒 申請人:諸藎鋒