專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法。數(shù)字化、智能化是當(dāng)今電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，在大量的實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字控制和數(shù)字處理都需要進(jìn)行模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，如

圖1所示，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括處理器和低通濾波器，其中，處理器采用微處理單元(MCU)或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)；處理器的I/O口(輸出端)發(fā)出數(shù)字信號(hào)(如PWM信號(hào))，低通濾波器對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波，之后輸出對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，從而完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換的過(guò)程。
以處理器輸出3.3V TTL電平為例，電平波形圖參見(jiàn)圖2，一方面，由于物理原因，器件存在離散性，對(duì)于同一型號(hào)的處理器，不同個(gè)體輸出的高低電平是有差異的；另一方面，由于溫漂的原因，同一型號(hào)的處理器工作在不同溫度下，其輸出的高低電平也是有差異的?；谏鲜鲈?，處理器輸出的數(shù)字信號(hào)存在差異，導(dǎo)致濾波后的數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)果也有差異，從而影響了數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法，能夠提高數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度。
本發(fā)明是采用下面的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，包括處理器和低通濾波器，所述處理器的輸出端與所述低通濾波器的輸入端相耦合；還包括數(shù)字信號(hào)整形電路，其連接在所述處理器的輸出端與所述低通濾波器的輸入端之間，用于對(duì)所述處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使得所述數(shù)字信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，并把整形后的數(shù)字信號(hào)輸出給所述低通濾波器，所述低通濾波器輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于還包括采樣電路，其連接在所述低通濾波器的輸出端和所述處理器的采樣端之間，用于采集所述模擬信號(hào)，并送給所述處理器；所述處理器根據(jù)接收到的信號(hào)，相應(yīng)調(diào)節(jié)其輸出的數(shù)字信號(hào)。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述處理器包括A/D轉(zhuǎn)換器、微調(diào)控制器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端作為所述處理器的采樣端，其輸出端通過(guò)所述微調(diào)控制器與所述數(shù)字信號(hào)發(fā)生器電連接，所述數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的輸出端作為所述處理器的輸出端；所述A/D轉(zhuǎn)換器把所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣數(shù)字信號(hào)，所述微調(diào)控制器比較所述采樣數(shù)字信號(hào)和其內(nèi)部預(yù)設(shè)的給定信號(hào)，得一誤差信號(hào)，并向數(shù)字信號(hào)發(fā)生器輸出微調(diào)信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述采樣電路為A/D采樣電路。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述數(shù)字信號(hào)整形電路為一邏輯門(mén)電路，其輸入端和輸出端分別作為所述數(shù)字信號(hào)整形電路的輸入端和輸出端。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述數(shù)字信號(hào)整形電路包括基準(zhǔn)電壓電路、第十二電阻、第二十二電阻、第三十二電阻和第十二運(yùn)算放大器，直流電源通過(guò)第十二電阻與第十二運(yùn)算放大器的反向輸入端相連，該連接點(diǎn)通過(guò)第二十二電阻接地；所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端通過(guò)第三十二電阻連接所述第十二運(yùn)算放大器的輸出端；所述第十二運(yùn)算放大器的正向輸入端和輸出端分別作為所述數(shù)字信號(hào)整形電路的輸入端和輸出端。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述基準(zhǔn)電壓電路包括電源基準(zhǔn)芯片、第四十二電阻、第五十二電阻、第六十二電阻和第十二電容，所述第四十二電阻的一端接直流電源，其另一端，依次通過(guò)電源基準(zhǔn)芯片的第二引腳、第三引腳接地、通過(guò)第五十二電阻和第六十二電阻的串聯(lián)支路接地、還通過(guò)第十二電容接地；第五十二電阻和第六十二電阻的連接點(diǎn)連接電源基準(zhǔn)芯片的第一引腳，所述電源基準(zhǔn)芯片的第二引腳作為所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述數(shù)字信號(hào)為PWM信號(hào)或PFM信號(hào)。
數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，包括數(shù)字信號(hào)整形電路對(duì)處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使得所述數(shù)字信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，并把整形后的數(shù)字信號(hào)輸出給低通濾波器，所述低通濾波器輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于還包括以下步驟1001、采樣電路采集所述低通濾波器輸出的模擬信號(hào)，并把采集結(jié)果送給所述處理器；1002、處理器對(duì)所述采集結(jié)果進(jìn)行處理，并比較處理結(jié)果與其內(nèi)部預(yù)設(shè)的給定信號(hào)，得一誤差信號(hào)，并相應(yīng)調(diào)節(jié)其輸出的數(shù)字信號(hào)。
本發(fā)明的有益效果是處理器的輸出端與低通濾波器的輸入端之間增加了數(shù)字信號(hào)整形電路，對(duì)處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使得該數(shù)字信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，提高了數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的性能；低通濾波器的輸出端與處理器的采樣端之間還增加了采樣電路，通過(guò)采樣電路來(lái)向處理器反饋低通濾波器的輸出信號(hào)，使處理器根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)節(jié)其輸出，提高了數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的精度和穩(wěn)定性；數(shù)字信號(hào)整形電路可以采用與門(mén)或者其他形式的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路框圖。
圖2是3.3V TTL電平波形圖。
圖3是本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路框圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例一中的數(shù)字信號(hào)整形電路與低通濾波器的電路連接圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例二中的數(shù)字信號(hào)整形電路與低通濾波器的電路連接圖。
下面以PWM信號(hào)為例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述圖3是本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路框圖，與現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路框圖(參見(jiàn)圖1)的區(qū)別在于一方面，在處理器的輸出端和濾波器輸入端之間增加了PWM信號(hào)整形電路；另一方面，在濾波器的輸出端和處理器的采樣端之間增加了采樣電路。
本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括處理器、PWM信號(hào)整形電路、低通濾波器和采樣電路，處理器的輸出端與低通濾波器的輸入端之間連接PWM信號(hào)整形電路，用于對(duì)處理器輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行整形，使得所述PWM信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，并把整形后的PWM信號(hào)輸出給所述低通濾波器，所述低通濾波器輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)；處理器的采樣端與低通濾波器的輸出端之間連接采樣電路，用于采集低通濾波器輸出的模擬信號(hào)，并送給所述處理器；所述處理器處理接收到的信號(hào)，相應(yīng)調(diào)節(jié)其輸出的PWM信號(hào)。
其中，處理器包括A/D轉(zhuǎn)換器、微調(diào)控制器和PWM信號(hào)發(fā)生器，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端作為所述處理器的采樣端，其輸出端通過(guò)所述微調(diào)控制器與所述PWM信號(hào)發(fā)生器電連接，所述PWM信號(hào)發(fā)生器的輸出端作為所述處理器的輸出端；所述A/D轉(zhuǎn)換器把所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣數(shù)字信號(hào)，所述微調(diào)控制器比較所述采樣數(shù)字信號(hào)和其內(nèi)部預(yù)設(shè)的給定信號(hào)，得出一誤差信號(hào)，并進(jìn)行微調(diào)量計(jì)算，并向PWM信號(hào)發(fā)生器輸出微調(diào)信號(hào)，從而調(diào)節(jié)PWM信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)。
另外，有些處理器中不包括有A/D轉(zhuǎn)換器，這時(shí)候就必須在采樣電路與處理器之間加入一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，或者采樣電路采用A/D采樣電路，用以完成對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。
實(shí)施例一本發(fā)明的PWM信號(hào)整形電路，可以采用邏輯門(mén)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，該邏輯門(mén)電路可以由與門(mén)構(gòu)成，可以由非門(mén)構(gòu)成，也可以由與門(mén)和非門(mén)共同構(gòu)成。如圖4所示，本實(shí)施例的PWM信號(hào)整形電路為一非門(mén)，其輸入端和輸出端分別作為PWM信號(hào)整形電路的輸入端和輸出端，處理器輸出的PWM信號(hào)加在非門(mén)U1的輸入端上，經(jīng)過(guò)整形后，使得PWM信號(hào)變成低電平為0V，高電平為電源電壓的PWM信號(hào)，由其輸出端輸出給后級(jí)的三階低通濾波器，三階低通濾波器對(duì)經(jīng)整形后的PWM信號(hào)進(jìn)行濾波后，得到對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換的過(guò)程。
圖4中的三階低通濾波器包括第一至第五電阻(R1---R5)、第一至第三電容(C1---C3)和第二運(yùn)算放大器U2，第一電阻R1的一端作為低通濾波器的輸入端，該端連接非門(mén)U1的輸出端，其另一端依次通過(guò)第二電阻R2、第三電阻R3連接第二運(yùn)算放大器U2的正向輸入端，第一電阻R1和第二電阻的連接點(diǎn)通過(guò)第一電容C1接地；第二運(yùn)算放大器U2的正向輸入端通過(guò)第三電容C3接地；第二電阻R2和第三電阻R3的連接點(diǎn)通過(guò)第二電容C2連接第二運(yùn)算放大器U2的輸出端；第二運(yùn)算放大器U2的反向輸入端通過(guò)第四電阻R4接地，第五電阻R5的兩端分別接在第二運(yùn)算放大器U2的反向輸入端和輸出端上。其中，第一電阻R1和第一電容C1、第二電阻R2和第二電容C2、第三電阻R3和第三電容C3共同構(gòu)成了三階濾波。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)電壓質(zhì)量的要求不同，則采用的濾波器會(huì)有所不同，如果對(duì)電壓質(zhì)量的要求不高，則采用一階或二階的濾波器；如果需要高質(zhì)量的電壓，則采用三階或更高階(如四階或四階以上)的低通濾波器。
實(shí)施例二如圖5所示，本發(fā)明的PWM信號(hào)整形電路包括基準(zhǔn)電壓電路、第十二電阻R12、第二十二電阻R22、第三十二電阻R32和第十二運(yùn)算放大器U12，直流電源VCC通過(guò)第十二電阻R12與第十二運(yùn)算放大器U12的反向輸入端相連，該連接點(diǎn)通過(guò)第二十二電阻R22接地；所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端通過(guò)第三十二電阻R32連接所述第十二運(yùn)算放大器U12的輸出端；所述第十二運(yùn)算放大器U12的正向輸入端和輸出端分別作為所述PWM信號(hào)整形電路的輸入端和輸出端；這里需要指出的是，所述第十二運(yùn)算放大器U12可以用比較器代替，整形的效果會(huì)更好些。
其中，基準(zhǔn)電壓電路包括電源基準(zhǔn)芯片U22、第四十二電阻R42、第五十二電阻R52、第六十二電阻R62和第十二電容C12，所述第四十二電阻R42的一端接直流電源VCC，其另一端，依次通過(guò)電源基準(zhǔn)芯片U22的第二引腳2、第三引腳3接地、通過(guò)第五十二電阻R52和第六十二電阻R62的串聯(lián)支路接地、還通過(guò)第十二電容C12接地；第五十二電阻R52和第六十二電阻R62的連接點(diǎn)連接電源基準(zhǔn)芯片U22的第一引腳1，所述電源基準(zhǔn)芯片U22的第二引腳2作為所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端。
其中，低通濾波器采用二階低通濾波器，其包括第七十二電阻R72、第八十二電阻R82、第二十二電容C22和第三十二電容C32，第七十二電阻R72的一端作為低通濾波器的輸入端，連接第十二運(yùn)算放大器U12的輸出端，其另一端與第八十二電阻R82相連接，該連接點(diǎn)通過(guò)第二十二電容C22接地，第八十二電阻R82的另一端作為濾波器的輸出端，該端通過(guò)第三十二電容C32接地。
在本實(shí)施例中，第十二電阻R12、第二十二電阻R22、第三十二電阻R32和第十二運(yùn)算放大器U12組成了Block1，其作用就是將PWM信號(hào)變成低電平為0V，高電平為電源電壓的PWM信號(hào)，電源基準(zhǔn)芯片U22(型號(hào)為AZ431)、第四十二電阻R42、第五十二電阻R52、第六十二電阻R62和第十二電容C12組成了Block2，(Block2可以有其他電源基準(zhǔn)芯片電路組成)其作用是提供高精度的參考電壓作為PWM高電平電壓，Block1和Block2共同組成了PWM整形電路。
綜上所述，本發(fā)明增加了數(shù)字信號(hào)整形電路，能夠?qū)μ幚砥鞯妮敵鲂盘?hào)進(jìn)行有效整形，并輸出比較理想的數(shù)字信號(hào)，提高數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換精度；本發(fā)明還增加了采樣電路，能夠?qū)崟r(shí)向處理器反饋低通濾波器的輸出信號(hào)，使處理器輸出的數(shù)字信號(hào)更加符合預(yù)設(shè)的要求，同時(shí)提高了數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的精度和穩(wěn)定性。
另外，本發(fā)明對(duì)其他數(shù)字信號(hào)(如PFM信號(hào)，即脈沖調(diào)頻信號(hào))的轉(zhuǎn)換同樣適用；本發(fā)明可以擴(kuò)充到多路的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路上，利用較少的處理器資源，提高多路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的精度和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，包括處理器和低通濾波器，所述處理器的輸出端與所述低通濾波器的輸入端相耦合；其特征在于還包括數(shù)字信號(hào)整形電路，其連接在所述處理器的輸出端與所述低通濾波器的輸入端之間，用于對(duì)所述處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使得所述數(shù)字信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，并把整形后的數(shù)字信號(hào)輸出給所述低通濾波器，所述低通濾波器輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于還包括采樣電路，其連接在所述低通濾波器的輸出端和所述處理器的采樣端之間，用于采集所述模擬信號(hào)，并送給所述處理器；所述處理器根據(jù)接收到的信號(hào)，相應(yīng)調(diào)節(jié)其輸出的數(shù)字信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述處理器包括A/D轉(zhuǎn)換器、微調(diào)控制器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端作為所述處理器的采樣端，其輸出端通過(guò)所述微調(diào)控制器與所述數(shù)字信號(hào)發(fā)生器電連接，所述數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的輸出端作為所述處理器的輸出端；所述A/D轉(zhuǎn)換器把所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣數(shù)字信號(hào)，所述微調(diào)控制器比較所述采樣數(shù)字信號(hào)和其內(nèi)部預(yù)設(shè)的給定信號(hào)，得一誤差信號(hào)，并向數(shù)字信號(hào)發(fā)生器輸出微調(diào)信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述采樣電路為A/D采樣電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)整形電路為一邏輯門(mén)電路，其輸入端和輸出端分別作為所述數(shù)字信號(hào)整形電路的輸入端和輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)整形電路包括基準(zhǔn)電壓電路、第十二電阻(R12)、第二十二電阻(R22)、第三十二電阻(R32)和第十二運(yùn)算放大器(U12)，直流電源(VCC)通過(guò)第十二電阻(R12)與第十二運(yùn)算放大器(U12)的反向輸入端相連，該連接點(diǎn)通過(guò)第二十二電阻(R22)接地；所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端通過(guò)第三十二電阻(R32)連接所述第十二運(yùn)算放大器(U12)的輸出端；所述第十二運(yùn)算放大器(U12)的正向輸入端和輸出端分別作為所述數(shù)字信號(hào)整形電路的輸入端和輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述基準(zhǔn)電壓電路包括電源基準(zhǔn)芯片(U22)、第四十二電阻(R42)、第五十二電阻(R52)、第六十二電阻(R62)和第十二電容(C12)，所述第四十二電阻(R42)的一端接直流電源(VCC)，其另一端，依次通過(guò)電源基準(zhǔn)芯片(U22)的第二引腳(2)、第三引腳(3)接地、通過(guò)第五十二電阻(R52)和第六十二電阻(R62)的串聯(lián)支路接地、還通過(guò)第十二電容(C12)接地；第五十二電阻(R52)和第六十二電阻(R62)的連接點(diǎn)連接電源基準(zhǔn)芯片(U22)的第一引腳(1)，所述電源基準(zhǔn)芯片(U22)的第二引腳(2)作為所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)為PWM信號(hào)或PFM信號(hào)。
9.數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，包括數(shù)字信號(hào)整形電路對(duì)處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使得所述數(shù)字信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，并把整形后的數(shù)字信號(hào)輸出給低通濾波器，所述低通濾波器輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，還包括以下步驟1001、采樣電路采集所述低通濾波器輸出的模擬信號(hào)，并把采集結(jié)果送給所述處理器；1002、處理器對(duì)所述采集結(jié)果進(jìn)行處理，并比較處理結(jié)果與其內(nèi)部預(yù)設(shè)的給定信號(hào)，得一誤差信號(hào)，并相應(yīng)調(diào)節(jié)其輸出的數(shù)字信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法，該電路包括處理器和低通濾波器，處理器的輸出端與低通濾波器的輸入端相耦合；還包括數(shù)字信號(hào)整形電路，其連接在處理器的輸出端與低通濾波器的輸入端之間，用于對(duì)處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使得數(shù)字信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，并把整形后的數(shù)字信號(hào)輸出給低通濾波器，低通濾波器輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。該方法包括數(shù)字信號(hào)整形電路對(duì)處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使得數(shù)字信號(hào)的低電平對(duì)應(yīng)0電平，高電平對(duì)應(yīng)電源電壓，并把整形后的數(shù)字信號(hào)輸出給低通濾波器，低通濾波器輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。本發(fā)明增加了數(shù)字信號(hào)整形電路，提高了數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的性能。
文檔編號(hào)H03M1/66GK101064513SQ20061007765
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月25日
發(fā)明者蔡志開(kāi), 王渭渭 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)有限公司