[发明专利]一种带限信号的高精度数模转换器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟及数字信号处理领域，具体地说是一种带限信号的高精度数模转换器(DAC)生成方法。

背景技术

数字-模拟转换器件(DAC)是数字信号与模拟信号之间的接口，DAC将输入的数字代码转换为模拟电平，然后通过零阶保持电路输出，由于零阶保持信号呈阶梯状，该阶梯信号的陡缘在转换过程中引入了更高的频率分量，根据奈奎斯特采样定理，这些频率分量被称为采样过程中的频谱镜像，频谱镜像出现在采样频率的倍数处。因此在零阶保持电路之后必须引入低通滤波器，从频域上看，低通滤波器滤除了不需要的频谱镜像，从时域上看，低通滤波器使阶梯信号的陡缘变平滑，该低通滤波器又被称为抗镜像滤波器。

传统的抗镜像滤波器主要采用模拟电路设计，模拟电路工程师通过信号的通带截止频率、通带增益、过渡带宽度等指标选择合适的低通滤波器模型，采用有源器件(如运算放大器)、无源器件(如电阻、电容)搭建模拟滤波电路。由于模拟滤波器受硬件成本、PCB(印刷电路板)板幅、温度漂移、元器件精度等多方面影响，往往只能在性能和其他因素之间平衡，无法将滤波器的精度做的很高，性能也往往无法达到最优。

目前通用DAC的采样速率已经达到很高的水平，比如16bit精度DAC的采样率可以轻易超过1MSPS，如何用数字的方法简化模拟电路的设计，提高DAC生成信号的精度，在带限信号的DAC生成方法上，具有重大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种带限信号的高精度数模转换器(DAC)生成方法，本发明利用FPGA对数字信号进行等值内插，通过增大采样频率来增大频谱镜像之间的间隔，并通过FPGA进行数字滤波，能有效简化模拟抗镜像滤波器的设计，提高输出信号的精度，具有较强的通用性。

一种带限信号的数模转换器，包括数字信号处理器、现场可编程逻辑门阵列、数模转换模块，它们依次相连，并接至电源模块。

所述的数模转换器，数模转换模块的输出还接有模拟抗镜像滤波器。

所述的数模转换器，电源模块包括数字信号部分供电电源和模拟信号部分供电电源，数字信号处理器、现场可编程逻辑门阵列均与数字信号部分供电电源相连，数模转换模块、模拟抗镜像滤波器均与模拟信号部分供电电源相连；数字信号处理器上还接有同步动态随机存储器和第一闪存，现场可编程逻辑门阵列上还接有第二闪存，现场可编程逻辑门阵列、数模转换模块之间还接有光电隔离器。

所述的数模转换器，现场可编程逻辑门阵列内设有数字内插模块和数字滤波模块，数字内插模块的输出端接至数字滤波模块的输入端。

所述的数模转换器，数字内插模块通过数字信号处理器接口模块与数字信号处理器相连，数字滤波模块通过数模转换接口模块与数模转换模块相连。

所述的数模转换器，数字信号处理器接口模块与数字内插模块之间设有接收缓存模块，数字滤波模块与数模转换模块之间设有发送缓存模块。

所述的数模转换器，数字滤波模块采用有限长单位冲激响应滤波器。

一种带限信号的高精度数模转换器的使用方法包括：数字信号处理器将数字代码输入现场可编程逻辑门阵列，现场可编程逻辑门阵列通过等值内插和数字滤波提高数字代码的采样率，并将数字代码的频谱镜像滤除，然后输入到数模转换模块转换成模拟信号。

所述的使用方法，具体包括以下步骤：

S1)根据信号的特征及滤波器的要求，求出数字滤波器传输函数各阶的系数，并将此系数作为参数写入现场可编程逻辑门阵列的FILTER IP核中，生成数字滤波模块；

S2)数字信号处理器中的数字代码依次通过其外总线、数字信号处理器接口模块进入接收缓存模块进行缓存；

S3)数字内插模块收取接收缓存模块中的数据，并进行等值内插；

S4)内插后的数字代码进入步骤S1生成的数字滤波模块，进行滤波处理；

S5)滤波后的数字代码存入发送缓存模块进行发送前的缓存；

S6)缓存后的数字代码通过数模转换接口模块进入数模转换模块，数模转换模块将数字代码转换到模拟电平，并进行零阶保持处理；

S7)模拟抗镜像滤波器对数模转换模块输出的阶梯状零阶保持信号进行平滑处理，处理完毕后输出信号。