基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法及裝置，方法步驟如下：將原始數字信號分離為損失精度部分信號、保留精度部分信號，將損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至雙路組合數模轉換器的低通道，將保留精度部分信號的輸出至雙路組合數模轉換器的高通道；所述預設的閾值大于所述雙路組合數模轉換器的分辨率；將雙路組合數模轉換器的低通道輸出的模擬信號進行縮小指定倍數，然后和雙路組合數模轉換器的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出；裝置包括信號分離單元、放大單元、雙路組合數模轉換器、加權求和電路。本發明具有轉換精度高、實現簡單、轉換可靠、實施成本低、對數模轉換器要求低的優點。
【專利說明】基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子【技術領域】，具體涉及一種基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法及裝置。
【背景技術】
[0002]微機只能對以二進制數字形式表示的信息進行運算和處理，運算和處理的結果也是這種數字量。在伺服控制系統中，由于各種執行部件所要求標的控制信號一般都是模擬電壓和電流，所以數字計算機運算、處理的結果通常也不能直接去控制執行部件，而需要先把它們轉換為模擬量，才能通過執行部件去實現對被控對象的控制，這種轉換過程叫做數模轉換(Digital to Analog)，數模轉換的轉換精度是衡量數模轉換器性能優劣的重要技術指標。為了提高數模轉換的精度，現有技術主要包含下述幾種技術方案:1)采用轉換位數高的轉換器，這些轉換器的價格昂貴，不利于產品成本的降低；2)基于單片機的PWM式數模轉換技術方案，該技術方案中:PWM波通過定時器來產生,然后經過一個轉換電路，實現一個隔離的數模輸出，該技術方案雖然在成本方面有所降低，但在技術成熟度和轉換精度方面仍不夠理想；3)中國專利申請號為200910312137.X公布的技術方案公布的提高數模/模數轉換的軟硬件實現方法，該技術方案主要通過提高參考電壓源的精度和對轉換完的信號進行誤差修正處理來提高轉換的精度，降低購買精準電壓源的成本，但該技術方案的轉換精度還是受轉換芯片位數的限制，即對轉換芯片分辨率以下的數據不能進行有效的處理。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種轉換精度高、實現簡單、轉換可靠、實施成本低、對數模轉換器要求低的基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法及裝置。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
[0005]一種基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法，其實施步驟如下:
[0006]I)將原始數字信號根據預設的閾值分離為低于閾值的損失精度部分信號、高于閾值的保留精度部分信號，將所述損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的低通道，同時將所述保留精度部分信號的直接輸出至所述包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的高通道；所述預設的閾值大于所述雙路組合數模轉換器的分辨率；
[0007]2)通過所述雙路組合數模轉換器的低通道將損失精度部分信號轉換為模擬信號輸出、通過所述雙路組合數模轉換器的高通道將保留精度部分信號轉換為模擬信號后輸出；
[0008]3)將所述雙路組合數模轉換器的低通道輸出的模擬信號進行縮小所述指定倍數，將縮小后的模擬信號和所述雙路組合數模轉換器的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出。[0009]進一步地，所述步驟I)中的指定倍數為8?24。
[0010]進一步地，所述步驟I)中預設的閾值小于所述雙路組合數模轉換器的分辨率的8倍。
[0011]本發明還提供一種基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換裝置，包括:
[0012]信號分離單元，用于將原始數字信號根據預設的閾值分離為低于閾值的損失精度部分信號、高于閾值的保留精度部分信號，并將所述保留精度部分信號的直接輸出至所述包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的高通道；所述預設的閾值大于所述雙路組合數模轉換器的分辨率；
[0013]放大單元，用于將所述損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的低通道；
[0014]雙路組合數模轉換器，包含低通道和高通道兩路數模轉換通道，所述低通道用于將損失精度部分信號轉換為模擬信號輸出，所述高通道用于將保留精度部分信號轉換為模擬信號后輸出；
[0015]加權求和電路，將所述雙路組合數模轉換器的低通道輸出的模擬信號進行縮小所述指定倍數，將縮小后的模擬信號和所述雙路組合數模轉換器的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出。
[0016]進一步地，所述放大單元將所述損失精度部分信號放大的指定倍數為8?24。
[0017]進一步地，所述信號分離單元中預設的閾值小于所述雙路組合數模轉換器的分辨率的8倍。
[0018]進一步地，所述加權求和電路為包括單個集成運算放大器的同相求和運算電路，所述集成運算放大器的負極輸入端通過第一電阻接地，所述集成運算放大器的輸出端通過反饋電阻與集成運算放大器的負極輸入端相連，所述集成運算放大器的正極輸入端通過第二電阻與雙路組合數模轉換器的低通道輸出端相連，且所述集成運算放大器的正極輸入端通過第三電阻與雙路組合數模轉換器的高通道輸出端相連，所述反饋電阻與第三電阻的阻值相同，所述第二電阻、第三電阻之間的阻值比例系數與放大單元將所述精度部分信號放大的指定倍數相同。
[0019]本發明基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法具有下述優點:
[0020]1、本發明將原始數字信號根據預設的閾值分離為低于閾值的損失精度部分信號、高于閾值的保留精度部分信號，將損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的低通道，同時將保留精度部分信號的直接輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的高通道；通過雙路組合數模轉換器的低通道將損失精度部分信號轉換為模擬信號輸出、通過雙路組合數模轉換器的高通道將保留精度部分信號轉換為模擬信號后輸出；將雙路組合數模轉換器的低通道輸出的模擬信號進行縮小指定倍數，將縮小后的模擬信號和雙路組合數模轉換器的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出，使得損失精度部分信號得到了有效的保護，實現了在數模轉換轉換過程中的信號無損轉換，具有信號轉換精度高、轉換可靠的優點。
[0021]2、本發明實現簡單靈活，既可以能夠借助計算機平臺和模擬電路實現，也可以采用獨立的數字處理電路和模擬電路實現，具有實現簡單的優點。
[0022]3、本發明基于現有的數模轉換器構成的雙路組合數模轉換器實現的，能夠基于低分辨率的數模轉換器實現高精度的數模轉換，對現有的數模轉換器的分辨率要求低，合理的利用了現有的資源，提高了工程效率，具有實施成本低、對數模轉換器要求低的優點。
[0023]本發明基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換裝置為本發明基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法相對應的裝置，具有與本發明基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法相同的技術效果，在此不再贅述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明實施例的實施流程示意圖。
[0025]圖2為本發明實施例的框架結構示意圖。
[0026]圖3為本發明實施例中加權求和電路的電路原理示意圖。
[0027]圖例說明:1、信號分離單元；2、放大單元；3、雙路組合數模轉換器；4、加權求和電路。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本實施例基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法的實施步驟如下:
[0029]I)將原始數字信號根據預設的閾值M分離為低于閾值M的損失精度部分信號、高于閾值M的保留精度部分信號，將損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的低通道，同時將保留精度部分信號的直接輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的高通道；前述預設的閾值大于所述雙路組合數模轉換器的分辨率；
[0030]2)通過雙路組合數模轉換器的低通道將損失精度部分信號轉換為模擬信號輸出、通過雙路組合數模轉換器的高通道將保留精度部分信號轉換為模擬信號后輸出；
[0031]3)將雙路組合數模轉換器的低通道輸出的模擬信號進行縮小指定倍數，將縮小后的模擬信號和雙路組合數模轉換器的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出。
[0032]本實施例通過上述步驟I)?步驟3)，能夠有效保留低于閾值M的損失精度部分信號，能夠防止由于超出雙路組合數模轉換器的分辨率而導致低于閾值M的損失精度部分信號丟失的問題，從而從而最大保持原始數字信號的精度，能夠提高數模轉換的精度，具有數模轉換精度高、實現簡單、成本低的優點，達到了提高數模轉換精度的目的。
[0033]步驟I)中的指定倍數可根據需要取值為8?24。本實施例中，步驟I)中的放大倍數為16。步驟I)中預設的閾值M小于雙路組合數模轉換器的分辨率的8倍。本實施例中，預設的閾值M取值為雙路組合數模轉換器3的分辨率(5mv)的4倍，即20mv。本實施例中，雙路組合數模轉換器采用兩個傳統的12位數模轉換器構成，一個12位數模轉換器構成雙路組合數模轉換器的低通道，另一個12位數模轉換器構成雙路組合數模轉換器的高通道。此外也可以根據需要采用其他位數的數模轉換器以進一步提高數模轉換的精度，或者還可以進一步通過分離更多路信號、采用更多路數模轉換器進行加權求和的形式，其實施原理與本實施例基本相同，在此不再贅述。
[0034]如圖2所示，本實施例基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換裝置包括:
[0035]信號分離單元1，用于將原始數字信號根據預設的閾值分離為低于閾值的損失精度部分信號、高于閾值的保留精度部分信號，并將保留精度部分信號的直接輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的高通道；前述預設的閾值大于所述雙路組合數模轉換器的分辨率；
[0036]放大單元2，用于將損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的低通道；
[0037]雙路組合數模轉換器3，包含低通道和高通道兩路數模轉換通道，低通道用于將損失精度部分信號轉換為模擬信號輸出，高通道用于將保留精度部分信號轉換為模擬信號后輸出；
[0038]加權求和電路4，將雙路組合數模轉換器3的低通道輸出的模擬信號進行縮小指定倍數，將縮小后的模擬信號和雙路組合數模轉換器3的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出。
[0039]本實施例中，信號分離單元I采用單片機實現，信號分離單元I中預設的閾值M可以根據需要選擇大于雙路組合數模轉換器的分辨率且小于雙路組合數模轉換器的分辨率的8倍的值。閾值M的選擇要保證雙路組合數模轉換器3的兩路轉換通道轉換區域的重疊，即大于雙路組合數模轉換器3的分辨率，但又不能過大，過大不利于對其轉換精度的提升，故本實施例的閾值M取值為雙路組合數模轉換器3的分辨率的4倍，即20mv。
[0040]本實施例中，放大單元2采用數字放大電路實現，放大單元2將損失精度部分信號放大的指定倍數N可以根據需要取值為8~24之間，本實施例中N取值為16。
[0041]本實施例中，雙路組合數模轉換器3采用兩路獨立的12位數模轉換器實現，一個12位數模轉換器構成雙路組合數模轉換器的低通道，另一個12位數模轉換器構成雙路組合數模轉換器的高通道。雙路組合數模轉換器3的轉換模擬電壓量的范圍為(-10，10) V、分辨率為5mv。此外雙路組合數模轉換器3也可以根據需要采用其他位數的數模轉換器以進一步提高數模轉換的精度，或者還可以進一步通過分離更多路信號、采用更多路數模轉換器替代雙路組合數模轉換器3，并通過加權求和電路4進行加權求和的形式，其實施原理與本實施例基本相同，在此不再贅述。
[0042]如圖3所示，本實施例中加權求和電路4為包括單個集成運算放大器的同相求和運算電路，集成運算放大器的負極輸入端通過第一電阻R接地，集成運算放大器的輸出端通過反饋電阻Rf與集成運算放大器的負極輸入端相連，集成運算放大器的正極輸入端通過第二電阻R1與雙路組合數模轉換器3的低通道輸出端相連，且集成運算放大器的正極輸入端通過第三電阻R2與雙路組合數模轉換器3的高通道輸出端相連，反饋電阻Rf與第三電阻R2的阻值相同，第二電阻R1、第三電阻R2之間的阻值比例系數與放大單元2將精度部分信號放大的指定倍數相同。參見圖3，在保證R^RyRpR的阻值滿足RZVRf=R1ZVR2的前提下，得到式(I):
【權利要求】
1.一種基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法，其特征在于實施步驟如下: 1)將原始數字信號根據預設的閾值分離為低于閾值的損失精度部分信號、高于閾值的保留精度部分信號，將所述損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的低通道，同時將所述保留精度部分信號的直接輸出至所述包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的高通道；所述預設的閾值大于所述雙路組合數模轉換器的分辨率； 2)通過所述雙路組合數模轉換器的低通道將損失精度部分信號轉換為模擬信號輸出、通過所述雙路組合數模轉換器的高通道將保留精度部分信號轉換為模擬信號后輸出； 3)將所述雙路組合數模轉換器的低通道輸出的模擬信號進行縮小所述指定倍數，將縮小后的模擬信號和所述雙路組合數模轉換器的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出。
2.根據權利要求1所述的基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法，其特征在于:所述步驟I)中的指定倍數為8?24。
3.根據權利要求1或2所述的基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換方法，其特征在于:所述步驟I)中預設的閾值小于所述雙路組合數模轉換器的分辨率的8倍。
4.一種基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換裝置，其特征在于包括: 信號分離單元(1)，用于將原始數字信號根據預設的閾值分離為低于閾值的損失精度部分信號、高于閾值的保留精度部分信號，并將所述保留精度部分信號的直接輸出至所述包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的高通道；所述預設的閾值大于所述雙路組合數模轉換器的分辨率； 放大單元(2)，用于將所述損失精度部分信號放大指定倍數后輸出至包含低通道和高通道兩路數模轉換通道的雙路組合數模轉換器的低通道； 雙路組合數模轉換器(3)，包含低通道和高通道兩路數模轉換通道，所述低通道用于將損失精度部分信號轉換為模擬信號輸出，所述高通道用于將保留精度部分信號轉換為模擬信號后輸出； 加權求和電路(4)，將所述雙路組合數模轉換器(3)的低通道輸出的模擬信號進行縮小所述指定倍數，將縮小后的模擬信號和所述雙路組合數模轉換器(3)的高通道輸出的模擬信號進行求和后輸出。
5.根據權利要求4所述的基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換裝置，其特征在于:所述放大單元(2)將所述損失精度部分信號放大的指定倍數為8?24。
6.根據權利要求5所述的基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換裝置，其特征在于:所述信號分離單元(I)中預設的閾值小于所述雙路組合數模轉換器的分辨率的8倍。
7.根據權利要求6所述的基于雙路組合數模轉換器的高精度數模轉換裝置，其特征在于:所述加權求和電路(4)為包括單個集成運算放大器的同相求和運算電路，所述集成運算放大器的負極輸入端通過第一電阻接地，所述集成運算放大器的輸出端通過反饋電阻與集成運算放大器的負極輸入端相連，所述集成運算放大器的正極輸入端通過第二電阻與雙路組合數模轉換器(3)的低通道輸出端相連，且所述集成運算放大器的正極輸入端通過第三電阻與雙路組合數模轉換器(3)的高通道輸出端相連，所述反饋電阻與第三電阻的阻值相同，所述第二電阻、第三電阻之間的阻值比例系數與放大單元(2)將所述精度部分信號放大的指定倍數相同。
【文檔編號】H03M1/66GK103795415SQ201410034904
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】洪華杰, 張連超, 張智永, 范大鵬, 范世珣, 廖洪波, 彭永華 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學