一种高效的超高精度DAC的合成方法及装置与流程

本发明涉及数模转换器(dac)，特别涉及一种高效的超高精度dac的合成方法及装置。

背景技术：

目前市场上存在的较高精度的数模转换器(dac)的分辨率有16、20或者24位，它们广泛应用于自动测试设备、精密仪器、校准仪表，医疗电子设备和其他应用等领域。随着科技的进步和社会的发展，在一些追求更高性能的应用场合，有时需要高于24位分辨率的dac，这就需要采用合成技术得到所需求的超高精度。

高分辨率数模转换器一般用于提供可控精密电压。有文献提出用n个n位精度的dac合成n+n位的dac，该方法虽然可以将n位精度的dac提高至任意精度，但其使用的元器件较多，成本很高，而且设计较为复杂，需要同时与n个dac通信并控制其输出。另外，有一些24位以上的dac由手动开关式开尔文-华莱分压器来提供，该方法虽然可以达到极高的准确度，但其体积庞大、价格昂贵、实用性较差。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种体积小、实用性强、成本低的高效的超高精度dac的合成方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高效的超高精度dac的合成方法，其包括以下步骤：

s1、取高分辨率的两个dac；

s2、将数字量输入作为dac指令分别发送至上述两个dac；

s3、将上述两个dac的输出合成后作为超高分辨率dac的输出，合成采用以下公式：

其中vout为超高分辨率dac输出，r1、r2、r3、r4均为电阻，v1、v2为两个dac的输出电压。

一种应用上述合成方法的超高精度dac的合成装置，包括数模转换器组，该数模转换器组采用高分辨率的dac1和dac2，将数字量输入作为dac指令通过数据总线分别发送至所述dac1和dac2，该dac1和dac2接收指令后采用按上述公式形成的合成电路进行合成，得到超高分辨率dac输出。

作为优选，所述合成电路包含四个精密电阻r1、r2、r3、r4，一个滤波电容c和一个高精度运算放大器op，其中r1、r2、r3、r4用于决定dac1与dac2的权值，滤波电容c用于滤除电压中的高频分量，运算放大器op的输出作为超高分辨率dac输出，其反相输入端经过电阻r4接地。

作为优选，所述运算放大器op的输出端通过反馈校正电路连接至数据总线输入端。

作为优选，dac1和dac2均采用24位分辨率，取r1＝1kω，r2＝256kω，r3＝1kω，r4＝256kω，代入式(1)可得：

选dac的输出电压范围为[-2.5，2.5]，单位为v，当dac输出正电压时，其中n1∈[0,2²³),n2∈[0,2²³)，代入式(2)可得：

当dac输出负电压时，其中n1∈[2²³,2²⁴),n2∈[2²³,2²⁴)，代入式(2)可得：

得到32位dac输出。

作为优选，所述反馈校正电路由32位的模数转换器adc和数字信号处理器dsp组成，该32位的模数转换器adc对输出结果进行采样并将采样结果传输给dsp，dsp以dac的指令和adc的采样结果为依据，通过数据总线对所述dac1和dac2的指令分别进行校正，如此形成闭环反馈。

作为优选，所述数模转换器组、合成电路和反馈校正电路集成于pcb板卡上。

从以上技术方案可知，本发明采用了一种高效的合成方法，只需两个高分辨率的dac便可得到超高分辨率的dac，大幅提高了元器件的利用效率，其设计简单方便，体积小，成本低，实用性很强。

附图说明

图1是本发明装置的电路结构图。

图2是本发明的反馈校正电路框图。

具体实施方式

下面结合图1、图2和实施例详细介绍本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明提供了一种高效的超高精度dac的合成方法，合成电路如图1所示，包括以下步骤：

s1、取高分辨率的两个dac组成数模转换器组1；

s2、将数字量输入作为dac指令分别发送至上述两个dac；

s3、将上述两个dac的输出经过合成电路2合成后作为超高分辨率dac的输出，合成采用以下公式：

其中vout为超高分辨率dac输出，r1、r2、r3、r4均为电阻，v1、v2为两个dac的输出电压。

由上可知本发明只需两个高分辨率的dac便可得到超高分辨率的dac，如两个24位dac便可得到超高精度的32位dac，再如两个16位的dac合成一个20位的dac等，从而大幅提高了元器件的利用效率，其设计简单方便，体积小，成本低，实用性很强。本方法还适用于各种精度的dac合成。

一种高效的超高精度dac的合成装置，如图2所示，包括数模转换器组1，该数模转换器组采用高分辨率的dac1和dac2，将数字量输入作为dac指令通过数据总线3分别发送至所述dac1和dac2，该dac1和dac2接收指令后采用按上述公式形成的合成电路2进行合成，得到超高分辨率dac输出。具体来说，本发明的合成电路包含四个精密电阻r1、r2、r3、r4，一个滤波电容c和一个高精度运算放大器op，其中r1、r2、r3、r4用于决定dac1与dac2的权值，滤波电容c用于滤除电压中的高频分量，运算放大器op的输出作为超高分辨率dac输出，其反相输入端经过电阻r4接地。作为优选，所述运算放大器op的输出端通过反馈校正电路连接至数据总线输入端，以消除元器件的精度和温度漂移对合成结果的影响。

下面以24位分辨率dac合成32位超高分辨率dac为例详细说明：dac1和dac2均采用24位分辨率，取r1＝1kω，r2＝256kω，r3＝1kω，r4＝256kω，代入式(1)可得：

选dac的输出电压范围为[-2.5，2.5]，单位为v，当dac输出正电压时，其中n1∈[0,2²³),n2∈[0,2²³)，代入式(2)可得：

当dac输出负电压时，其中n1∈[2²³,2²⁴),n2∈[2²³,2²⁴)，代入式(2)可得：

式(3)与式(4)表明两个24位的dac能够合成为一个32位的dac。而且只要n1取32位的高24位，n2取32位的低8位，则可以在满量程范围内实现精度的提高。

本发明两个24位dac组成的数模转换器组的输入端连接至数据总线，输出端经过由精密电阻、滤波电容和运算放大器组成的合成电路合成后作为整个装置的超高分辨率dac输出vout，该输出电压的精度可达到32位。为了消除元器件的精度和温度漂移对合成结果的影响，需要引入反馈校正电路。反馈校正电路由32位精度的模数转换器adc和数字信号处理器dsp5组成。32位adc4对输出结果进行采样并将采样结果传输给dsp，dsp以dac的指令和adc的采样结果为依据，通过数据总线对两个dac的指令分别进行校正，如此形成闭环反馈，最终完成超高精度的电压输出。作为优选，包含所述数模转换器组、合成电路和反馈校正电路等的本发明的合成装置可集成于pcb板卡上，达到体积小，成本低，实用性很强的目的。