[发明专利]具有组合的脉冲调制器的数字模拟转换

说明书

背景技术

脉宽调制(PWM)电路能用于通过将PWM输出信号应用到具有转角频率(comer frequency)的低通滤波器来执行为数字模拟转换器(DAC)，该转角频率足够低以消涂PWM信号中的高频分量。PWM DAC电路对于用微控制器生成基准电压是特别有用的，因为它们能通过将适当的低通滤波器应用到PWM输出上来相当容易地生成线性模拟输出，该PWM输出在很多微控制器上可得。然而，这些过于简单的PWM DAC电路倾向于是不精确的，并且需要在分辨率和响应时间之间进行艰难的取舍。获取更高的分辨率需要更长的PWM计数链(count chain)，这产生更低的基频。

图1说明了现有技术的PWM DAC电路，其中来自两个分离的8位PWM10和12的输出通过模拟求和/滤波器电路14而被组合，以提供更高分辨率的DAC。虽然这种类型的电路可以提供更高的分辨率，但它可能需要高度精确的分压电阻和复杂的有源电路来提供精确的输出。附加的问题可能包括，需要提供大量滤波来从PWM纹波中提且取DC分量，这降低了操作速度，以及需要在有源模拟电路中对内部元件阻值进行补偿。

图2说明了另一个现有技术的PWM DAC电路，其中PWM时钟信号被用来在8位DAC的两个相邻的输出值之间抖动。DAC 16在时钟输入较低时，输出值N，以及在时钟输入较高时，输出值N+1。因此，通过将PWM信号用作时钟输入并且用低通滤波器18对DAC输出进行滤波，该电路提供了在DAC输出电平之间的附加的离散模拟输出电平。

然而，在图2中所说明的技术，相当大地降低了操作速度，因为在时钟输入响应PWM输入而进行转变时，必须允许DAC输出反复置位在不同的值N和N+1。此外，图2的电路需要DAC中的复杂的、专用的且定制的数字电路来实现。

附图说明

图1说明了现有技术的PWM DAC电路，其组合来自两个分离的PWM的输出。

图2说明了另一个现有技术的PWM DAC电路，其中PWM时钟信号被用来在DAC的两个相邻的输出值之间抖动。

图3说明了根据本主题发明的数字模拟转换器的实施例。

图4是根据本主题发明的数字模拟转换器的另一个示例性实施例的框图。

图5是根据本主题发明的数字模拟转换器的又一个实施例的框图。

图6说明了在第一操作模式下的图5的实施例的操作。

图7说明了在第二操作模式下的图5的实施例的操作。

图8和9示出了另一种方式来说明在第一和第二操作模式下图5的实施例的操作。

图10和11示出了又一种方式来说明在第一和第二操作模式下的图5的实施例的操作。

图12和13说明了用于图5的实施例的第二操作模式的替代实施例。

具体实施方式

图3描述了根据本专利公开的一些发明性原理的数字模拟转换器的实施例。图3的实施例包括第一脉冲调制器20，用于响应第一数字值D1来生成第一脉冲调制信号P1，第二脉冲调制器22，用于响应第二数字值D2来生成第二脉冲调制信号P2，以及第三脉冲调制器24，用于响应第三数字值D3来生成第三脉冲调制信号P3。开关/滤波器电路26响应该第三脉冲调制信号P3，通过组合第一和第二脉冲调制信号P1、P2来生成模拟输出信号A1，如以下更详细地描述的。

脉冲调制器20、22、和24可以以任何期望的分辨率，8位、10位等等，来实现任何合适的调制技术，诸如脉宽调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)等等，或者是多种技术的任意组合，即。开关/滤波器电路26可以包括模拟和/或数字开关、多路复用器、有源和/或无源滤波器等等的任意适当的组合。

图4是根据本专利公开的一些发明性原理的数字模拟转换器的第一示例性实施例的框图，说明了一些可能的实现细节。图4的实施例中，脉冲调制器被实现为脉宽调制器(PWM)28、30和32(PWM1、PWM2、PWM3)，其分别响应数字值D1、D2和D3来生成脉宽调制信号PW1、PW2和PW3。开关/滤波器电路用模拟或数字开关34来实现，其响应第三脉宽调制信号PW3，以时分复用方式，来将第一和第二脉冲调制信号PW1和PW2选择性地耦合至低通滤波器36。

时序逻辑38通过以适当的顺序生成数字值D1，D2和D3来控制转换器的总体操作，以生成所期望的模拟输出波形。例如，D1和D2的值可以被分别选择为N和N+1，其限定(bracket)了N和N+1之间的期望输出。D3的值可以接着被设置以提供处于0和1之间的占空因数DF，使得滤波的模拟输出的值为N+DF。