申请/专利权人：西安安森智能仪器股份有限公司

申请日：2018-08-14

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN108768401B

主分类号：H03M1/66

分类号：H03M1/66

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2020.08.18#著录事项变更;2020.03.06#专利申请权的转移;2018.11.30#实质审查的生效;2018.11.06#公开

摘要：本发明公开了一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置及方法，包括低分辨率数模转换器组、R‑2R电阻网络和电流电压转换电路；低分辨率数模转换器组的每个低分辨率DAC的输入连接至数据总线；低分辨率数模转换器组的输出连接至R‑2R电阻网络的输入，R‑2R电阻网络为低分辨率数模转换器组提供相应的权值；R‑2R电阻网络2的输出连接至电流电压转换电路的输入。本发明能够将目前市场上存在的任意分辨率DAC的分辨率进行提高，且具有分辨率高、线性度优、易于构造、无需频繁校准的优点。

主权项：1.一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的方法，其特征在于，包括低分辨率数模转换器组1、R-2R电阻网络2和电流电压转换电路3；所述低分辨率数模转换器组1由多个低分辨率DAC并联组成；所述低分辨率数模转换器组1的每个低分辨率DAC的输入连接至数据总线；所述低分辨率数模转换器组1的输出连接至R-2R电阻网络2的输入，R-2R电阻网络2为低分辨率数模转换器组1提供相应的权值；所述R-2R电阻网络2的输出连接至电流电压转换电路3的输入，所述电流电压转换电路3对R-2R电阻网络的输出电流进行求和并转换为电压信号；将低位数数字量输入至数据总线，由数据总线分别输入至组成低分辨率数模转换器组1的n个DAC的输入端；由R-2R电阻网络2为低分辨率数模转换器组1的n个DAC提供相应的权值，其中DAC1、DAC2、DAC3、…、DACn分别对应的权值为202n、212n、222n、…、2n-12n；然后电流电压转换电路3对R-2R电阻网络2的输出电流进行求和并转换为电压信号；所述低分辨率数模转换器组1的n个DAC输出经过R-2R电阻网络2以及电流电压转换电路3后的输出Vout为：Vout＝202n*VDAC1+212n*VDAC2+222n*VDAC3+…+2n-12n*VDACn；其中，VDAC1、VDAC2、VDAC3、…、VDACn分别表示DAC1、DAC2、DAC3、…、DACn的输出；低分辨DAC的位数为N，低分辨率数模转换器组1的DAC个数为n，则通过对低分辨率数模转换器组1的DAC1、DAC2、DAC3、…、DACn的输入进行编码，编码后的输入经过低分辨率数模转换器组、R-2R电阻网络、以及电流电压转换电路后，得到高分辨率DAC输出，最终由低分辨率DAC合成的高分辨DAC的位数为N+n位。

全文数据：一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置及方法技术领域[0001]本发明属于电子电路技术领域，涉及一种合成高分辨率DAC方法，尤其是一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置及方法。背景技术[0002]目前，市场上存在的数模转换器DAC的分辨率有8、10、11、12、14、16位或其他低位数，对于一些有较高要求的应用场合，有时需要高于16位分辨率的DAC，例如精密仪器、校准仪表、医疗产品、音乐播放器等领域。[0003]高分辨率数模转换器一般用于提供可控精密电压，查阅文献可知，目前20位DAC的实现方案多采用由两个16位DAC组成32位，但是为了保证所有条件下的回环捕获和稳定的Ippm漂移误差，选取32位中最好的20位，经过运放输出模拟电压信号，反馈回路采用24位ADC采集电压信号，进行补偿，修正误差，该方法具有反馈回路补偿，比较复杂，且需要频繁的校准。还有一些20位甚至23位以上0.1ppm°C的DAC由手动开关式开尔文-华莱分压器来提供，但其体积庞大、价格昂贵、速度极为缓慢，局限于标准实验室应用。基于以上描述，设计开发一种易于构造，且无需频繁校准的高分辨率实用型DAC具有非常高的应用价值。发明内容[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置及方法。[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：[0006]本发明首先提出一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置:包括低分辨率数模转换器组、R-2R电阻网络和电流电压转换电路;所述低分辨率数模转换器组由多个低分辨率DAC并联组成;所述低分辨率数模转换器组的每个低分辨率DAC的输入连接至数据总线;所述低分辨率数模转换器组的输出连接至R-2R电阻网络的输入，R-2R电阻网络为低分辨率数模转换器组提供相应的权值;R-2R电阻网络2的输出连接至电流电压转换电路的输入，电流电压转换电路对R-2R电阻网络的输出电流进行求和并转换为电压信号。[0007]进一步，上述低分辨率数模转换器组1由η个相同的低分辨率DAC并联组成:分别为DACI、DAC2、DAC3、…、DACn，其中η为自然数。[0008]进一步，上述η个相同的低分辨率DAC为8位、10位、11位、12位、14位或者16位DAC。[0009]本发明还提出一种基于上述装置的使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的方法:将低位数数字量输入至数据总线，由数据总线分别输入至组成低分辨率数模转换器组1的η个DAC的输入端；由R-2R电阻网络2为低分辨率数模转换器组1的η个DAC提供相应的权值，其中0八：1、0厶〇2、0厶03、."、0厶〇1分别对应的权值为2211、21211、2221"、211_1211;然后电流电压转换电路3对R-2R电阻网络2的输出电流进行求和并转换为电压信号;所述低分辨率数模转换器组1的η个DAC输出经过R-2R电阻网络2以及电流电压转换电路3后的输出VciuA:[0011]其中，Vdaci、Vdac2、Vdac3、…、VdacA、别表示DACI、DAC2、DAC3、…、DACn的输出。[0012]进一步的，以上低分辨DAC的位数为N，低分辨率数模转换器组1的DAC个数为n，则通过对低分辨率数模转换器组1的DACl、DAC2、DAC3、…、DACn的输入进行编码，编码后的输入经过低分辨率数模转换器组、R-2R电阻网络、以及电流电压转换电路后，得到高分辨率DAC输出，最终由低分辨率DAC合成的高分辨DAC的位数为N+n位。[0013]进一步的，以上对低分辨率数模转换器组1的DACl、DAC2、DAC3、…、DACn的输入进行编码的编码规则为表1:[0014]表1:低分辨率DAC合成高分辨率DAC编码表[0015][0016][0017]表1中：[0018]ILSBN指低分辨率数模转换器组中的DAC所能分辨的最小电压；[0019]2LSBN表示2个（ILSBn，（kLSBN表示k个（ILSBN，k为2Ν-1，1、2、···Α是低分辨率数模转换器组1的DAC的输入值。[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0021]本发明提出了一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置方法，与现有的DAC相比较，本发明将低分辨率DAC合成高分辨率DAC编码表对低分辨率数模转换器组的DACl、0八02、0403、-_、041的输入进行编码，编码后的输入经过低分辨率数模转换器组、然后再经过R-2R电阻网络和电流电压转换电路进行加权求和后，就可以得到高分辨率DAC输出，本发明能够将目前市场上存在的任意分辨率DAC的分辨率进行提高，且具有分辨率高、线性度优、易于构造、无需频繁校准的优点。附图说明[0022]图1为本发明的原理不意图。[0023]其中：1为低分辨率数模转换器组;2为R-2R电阻网络;3为电流电压转换电路。具体实施方式[0024]下面结合附图对本发明做进一步详细描述：[0025]参见图1:本发明使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置:包括低分辨率数模转换器组I、R-2R电阻网络2和电流电压转换电路3。其中低分辨率数模转换器组1由多个低分辨率DAC并联组成;该低分辨率数模转换器组1的每个低分辨率DAC的输入连接至数据总线。低分辨率数模转换器组1的输出连接至R-2R电阻网络2的输入，R-2R电阻网络2为低分辨率数模转换器组2提供相应的权值。该R-2R电阻网络2的输出连接至电流电压转换电路3的输入，该电流电压转换电路3对R-2R电阻网络的输出电流进行求和并转换为电压信号。[0026]本发明的低分辨率数模转换器组1由η个相同的低分辨率DAC并联组成：分别为DACI、DAC2、DAC3、…、DACn，其中η为自然数。[0027]本发明的低分辨率DAC可以使市场上任何分辨率的DAC，如在本发明的最佳实施例中:η个相同的低分辨率DAC可以为8位、10位、11位、12位、14位或者16位DAC。[0028]本发明的R-2R电阻网络2如图1所示，其由电阻多个电阻R2和Rl连接组成，其中在每个低分辨率DAC的输出端连接一电阻R2，在连接低分辨率DAC电阻R2之间连接有一个电阻Rl，在连接低分辨率DACl的电阻R2上还连接有一个用于接地的电阻R2;连接低分辨率DACn的电阻R2的一端作为输出至电流电压转换电路3的输入端。[0029]本发明的电流电压转换电路3如图1所示，该电路包括运算放大器0Ρ、电容C和电阻Rl，其中运算放大器OP的输出作为整个装置的高分辨DAC输出Vciut,电阻Rl和电容C并联在运算放大器OP的反相输入端和输出端之间，运算放大器OP的反相输入端还作为电流电压转换电路3的输入连接至R-2R电阻网络2的输出端;运算放大器OP的同相输入端接地。[0030]基于以上装置，本发明使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的方法如下：[0031]将低位数数字量输入至数据总线，由数据总线分别输入至组成低分辨率数模转换器组1的η个DAC的输入端；由R-2R电阻网络2为低分辨率数模转换器组1的η个DAC提供相应的权值，其中〇厶：1、0厶〇2、0厶〇3、"_、0厶1分别对应的权值为2°211、27211、22211、〜、211_1211;然后电流电压转换电路3对R-2R电阻网络2的输出电流进行求和并转换为电压信号（即R-2R电阻网络2和电流电压转换电路3对低分辨率数模转换器组1中的DACl、DAC2、DAC3、一DACn的输出信号进行加权求和）。其中低分辨率数模转换器组1的η个DAC输出经过R-2R电阻网络2以及电流电压转换电路3后的输出[0033]其中，Vdaci、Vdac2、Vdac3、…、VDACn分别表不DACl、DAC2、DAC3、…、DACn的输出。[0034]以上低分辨DAC的位数为N，低分辨率数模转换器组1的DAC个数为η，则通过对低分辨率数模转换器组1的DACl、DAC2、DAC3、…、DACn的输入进行编码，编码的目的是对低分辨率DAC的输出进行细分，编码后的输入经过低分辨率数模转换器组1、R-2R电阻网络2、以及电流电压转换电路3后，得到高分辨率DAC输出，最终由低分辨率DAC合成的高分辨DAC的位数为N+n位，即DAC的分辨率由12〜提高到了l2n+N。[0035]在本发明的方法中，对低分辨率数模转换器组1的DACl、DAC2、DAC3、…、DACn的输入进行编码的编码规则如表1所示：[0036]表1:低分辨率DAC合成高分辨率DAC编码表[0040]在表1中：（ILSBN指低分辨率数模转换器组中的DAC所能分辨的最小电压；（2LSBN表示2个ILSBN，（kLSBN表示k个ILSBN，k为2N-1，1、2、…、k是低分辨率数模转换器组1的DAC的输入值。[0041]结合表1说明编码规则:假设N位低分辨率DAC通过η个低分辨率DAC合成N+n位高分辨率DAC，例如，低分辨率DAC的输出为（ILSBn，（ILSBN=12N*VREF，VREF是DAC的参考电压，对DACn、…、DACl、DAC2、DAC3的输入似十进制数表示进行编码为0、…、0、0、1，通过本发明方法合成后的高分辨率DAC的输出（ILSBN+r^2Q2n*ILSBN，即为（2Q2n+N*VREF，ILSBN+n指的是合成后的高分辨率DAC所能分辨的最小电压；低分辨率DAC的输出为2LSBN，（2LSBN=2*12N*VREF，对DACn、…、DAC1、DAC2、DAC3的输入（以十进制数表示进行编码为〇、···、〇、1、〇,通过本发明方法合成后的高分辨率DAC的输出（2LSBN+nS2V2n*ILSBN，即为21^1^*VREF，按照低分辨率DAC合成高分辨率DAC编码表以此类推，可以得到整个参考电压范围内的DAC输出值，而这个输出值是具有N+n位DAC分辨率的，从而实现了使用低分辨率DAC来合成高分辨率DAC。[0042]综上所述，本发明能够提高目前市场上存在的任意分辨率DAC的分辨率，且具有分辨率高、线性度优、易于构造、无需频繁校准的优点，具有非常强的实际应用价值。

权利要求：1.一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置，其特征在于，包括低分辨率数模转换器组（I、R-2R电阻网络2和电流电压转换电路3;所述低分辨率数模转换器组⑴由多个低分辨率DAC并联组成;所述低分辨率数模转换器组（1的每个低分辨率DAC的输入连接至数据总线;所述低分辨率数模转换器组⑴的输出连接至R-2R电阻网络2的输入，R-2R电阻网络（2为低分辨率数模转换器组2提供相应的权值;所述R-2R电阻网络（2的输出连接至电流电压转换电路⑶的输入，所述电流电压转换电路⑶对R-2R电阻网络的输出电流进行求和并转换为电压信号。2.根据权利要求1所述的使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置，其特征在于，所述低分辨率数模转换器组（1由η个相同的低分辨率DAC并联组成：分别为DACI、DAC2、DAC3、^sDACn,其中η为自然数。3.根据权利要求2所述的使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置，其特征在于，所述η个相同的低分辨率DAC为8位、IO位、11位、12位、14位或者16位DAC。4.一种基于权利要求1-3任意一项所述装置的使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的方法，其特征在于，将低位数数字量输入至数据总线，由数据总线分别输入至组成低分辨率数模转换器组⑴的η个DAC的输入端；由R-2R电阻网络⑵为低分辨率数模转换器组⑴的η个DAC提供相应的权值，其中DACl、DAC2、DAC3、H^DACn分别对应的权值为272^272^222n、…、2η42η;然后电流电压转换电路⑶对R-2R电阻网络2的输出电流进行求和并转换为电压信号;所述低分辨率数模转换器组⑴的η个DAC输出经过R-2R电阻网络2以及电流电压转换电路⑶后的输出Vciut*:其中，Vdaci、Vdac2、Vdac3、…、VDACn分别表不DACI、DAC2、DAC3、…、DACn的输出。5.根据权利要求4所述的使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的方法，其特征在于，低分辨DAC的位数为N，低分辨率数模转换器组⑴的DAC个数为η，则通过对低分辨率数模转换器组⑴的DACI、DAC2、DAC3、…、DACn的输入进行编码，编码后的输入经过低分辨率数模转换器组、R-2R电阻网络、以及电流电压转换电路后，得到高分辨率DAC输出，最终由低分辨率DAC合成的高分辨DAC的位数为Ν+η位。6.根据权利要求5所述的使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的方法，其特征在于，对低分辨率数模转换器组⑴的DACl、DAC2、DAC3、…、DACn的输入进行编码规则为表1:表1:低分辨率DAC合成高分辨率DAC编码表表1中：ILSBN指低分辨率数模转换器组中的DAC所能分辨的最小电压；2LSBN表示2个（ILSBN，（kLSBN表示k个（ILSBN，k为2N-1，1、2、…、k是低分辨率数模转换器组⑴的DAC的输入值。

百度查询： 西安安森智能仪器股份有限公司 一种使用低分辨率DAC合成高分辨率DAC的装置及方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD