专利名称：数模转换方法
技术领域：
本发明涉及一种电子技术中信号的处理方法，特别涉及一种数模转换的方法。
目前使用的数模转换器都是用很多窄矩形波近似地还原出被采样的模拟信号，这在电子技术领域是众所周知的。这种转换方式的缺点是还原出来的信号并不是连续变化的，而且与原信号相比有较大的差别，在采样信号频率低的情况下，这一缺点就更显突出。
本发明的目的在于提供一种能将数字信号高精度地恢复成连续变化的模拟信号的数模转换方法。
本发明基于已知三点，就可以求出过这三点的唯一一条二次曲线的原理，利用转换和模拟运算电路完成数模转换。利用模拟信号提供装置，以相同的时间段将三个连续的采样数据变成模拟量，然后根据二次曲线运算方程，用模拟运算电路进行运算，输出一段二次曲线波形，用这段二次曲线来近似表示原采样信号的相应段波形，连续地进行上述转换，将每段二次曲线连在一起就可以还原出被采样的模拟信号。
如上，所述的方法，模拟信号电路可由三组采样保持电路组成，工作时，数据先经DAC转变成模拟信号保存到B1中，同时模拟开关在计数器的控制下，接通C1、A1，将C1中上次使用的信号保存到A1中；接下来C1、A1断开，C1对第二个数据采样；第三个数据进入时，A1、B1、C1输出，B2开始采样，同时模拟开关接通A2、C2，将C2中的信号保存到A2中；第四个数据进入时，C2、A2断开，C2开始采样；第五个数据进入时，A2、B2、C2输出，B1采样，A1、C1又被接通；以此不断循环。
如上述所述的方法，运算部分可采用模拟乘法器直接运算，或用积分运算形式。
本发明用二次曲线来模仿一段曲线，在同样的采样频率下当然比用一个长方形来表示要精确得多，尤其是在采样频率低的情况下，也可以通过运算恢复出波峰、波谷，而传统的数模转换器是无法实现的。
图1是本发明采样前的模拟信号，即传统技术中的数模转换器恢复出来的信号图形。
图2是本发明第一点在U轴上的坐标系。
图3是本发明对应于第一点在U轴上的锯齿波形。
图4是本发明对应中间一点在U轴上的锯齿波形。
图5是本发明模拟信号提供部分的电路实施例图。
图6是本发明运算部分用模拟乘法器直接运算的电路实施例图。
图7是本发明运算部分采用积分进行运算的电路实施例图。
图8是本发明的实施例电路图。
下面结合附图对本发明详细叙述只要已知三点，就可以求出过这三点的唯一一条二次曲线。本发明根据这一原理将三个连续的采样数据转变成模拟量，然后按推出的相应的公式用模拟运算电路计算出一段二次曲线，用这段二次曲线来近似表示原采样信号的相应段波形，连续地进行这种转换，一段段的二次曲线连在一起就可以还原出被采样的模拟信号。
数学推导如下建立如图2所示的坐标系。
已知三点(0，u0)、(h，u1)、(2h，u2)二次曲线方程为u＝at2+bt+c将三点代入方程得u0＝cu1＝ah2+bh+cu2＝4ah2+2bh+cu2-2u1+u0
所以二次方程为u=u2-2u1+u02h2t2+4u1-3u0-u22ht+u0]]>根据求得的这一公式，即可通过模拟运算得出一段二次曲线(已标在图2上)。
上面的推导将第一点定在U坐标轴上，这不是唯一的建立坐标的方式。也可以建立其它方式的坐标，如将中间一点定在U坐标轴上，也可推出相应的二次方程。
根据上面所述的原理，本发明电路分成两大部分。
模拟信号提供部分，它的任务是以2h为周期为下步的运算部分提供三个模拟信号。这部分的一种电路框图如图3所示，A、B、C是三组采样保持电路，工作时数据已经DAC转变成模拟信号保存到B1中，同时模拟开关在计数器的控制下，接通C1、A1，将C1中上次使用的信号保存到A1中，接下来C1、A1断开，C1对第二个数据采样。第三个数据进入时，A1、B1、C1输出，B2开始采样，同时，模拟开关接通A2、C2，将C2中的信号保存到A2中。第四个数据进入时，C2、A2断开，C2开始采样。第五个数据进入时，A2、B2、C2输出，B1采样，A1、C1又被接通。如此以四个数据为周期不断循环。
运算部分，它利用所给的三个模拟信号，根据与所选坐标相对应的公式进行运算，输出一段二次曲线波形。这部分有两种实现方案。一是用模拟乘法器直接运算。由于二次方程的三个系数已知，现只需代入变量t即可，运算时，变量t以一锯齿波表示，锯齿波的波形与所选坐标有关。若选用上面推导所用的坐标，则波形如图4所示，若选中间一点在u轴上的坐标，则波形如图5示所示。锯齿波的周期为2h，幅度与所选坐标及二次方程中h的取值有关。具体运算电路多种多样，根本无法一一列举，只能列举一种供参考。图6选用的是上面推导所用的坐标。A1、A2通过反相和加法器的组合算出系数a、b，a再通过四象限乘法器B1和t2相乘，而b通过模拟乘法器B2和t相乘，B1、B2相乘的结果再加上u0，通过加法器c即可输出二次波形，另一种方法是用积分运算来代替乘法运算，即进行如下方式积分U＝∫∫adt图7选用的仍是上面推导所用的坐标。A1、A2通过反相和加法器组合算出系数a、b，积分器B1对a做一次积分运算，积分结果通过加法器C1加上b，再通过积分器B2积分，再通过加法器C2将积分结果加上u0即得u。
图8所示是一实施例电路。模拟信号提供部分的模拟开关组由三个模拟开关KQ1、KQ2、KQ3组成，其中KQ1受计数器的高位Q1控制，KQ2、KQ3受低位Q0控制。当Q1、Q0的值为0或1时，这三个开关分别接通相应的0端或1端，所起的作用相当于一个受计数器计数控制的数据分配器，运算部分A1对U1进行反相得-U1，加法器A2进行同相加法运算u2+(-2u1)+u0得出a(h是一个时间单位，可取1)。接着积分器A3对系数a进行积分运算得-(u2-2u1+u0)t，加法器A4进行同相加法运算
，所得结果再通过积分器A5进行积分得(u2-2u1+u0)2t2+(4u1-3u0-u2)2t]]>最后通过加法器A6做同相加法运算加上u0即得u，由于积分在区间
上进行，故在这一区间上得到一段二次曲线波形。
积分电路中C7＝C8、C9＝C10、R3C7＝1、R5C9＝1计数器的计数Q0，Q1控制各模拟开关的开启和闭合，协调整个电路的工作。
这一区间上得到一段二次曲线波形。
K1～K10为受计数器计数控制的开关，控制关系如下K1、K6受Q1控制，Q1＝0时，都接0端，Q1＝1时，都接1端。
K2受Q0控制，Q0＝1断开，Q0＝0闭合。
K3、K4、K5受Q1控制，Q1＝0都接1端，Q1＝1都接0端。
K7、K8、K9、K10受Q1控制，Q1＝0都接1端，Q1＝1都接0端。
工作过程如下计数器初始状态为Q0＝1，Q1＝1从数据线输入一个数据，通过转换得到一模拟量。这时Q0＝0，Q1＝0，对C3充电，K2闭合，K1、K6接0端，将C5中的采样转移到C1中，K3、K4、K5接1端，，K7、K8、K9、K10接1端，C8、C10通过一小电阻迅速放电。又输入一个数据，Q1＝0，Q0＝1时，对C5充电，K2断开，其它不变，继续运算。Q1＝1，Q0＝0时，对C4充电，K2闭合，K1、K6接1端，将C6中的采样转移到C2中，同时K3、K4、K5接0端，K7、K8、K9、K10也接0端，C7、C9通过一小电阻迅速放电。Q1＝1，Q0＝1时，对C6充电，K2断开，其他不变，继续运算。
如此不断进行下去，即可得到连续的模拟信号。
权利要求
1.一种数模转换方法，其特征在于利用模拟信号提供装置，以相同的时间段将三个连续的采样数据变成模拟量， 然后根据二次曲线运算方程，用模拟运算电路进行运算，输出一段二次曲线波形，用这段二次曲线来近似表示原采样信号的相应段波形，连续地进行上述转换，将每段二次曲线连在一起就可以还原出被采样的模拟信号。
2.如权利要求1所述的一种数模转换方法，其特征在于模似信号电路可由三组采样保持电路组成，工作时，数据先经DAC转变成模拟信号保存到B1中，同时模拟开关在计数器的控制下，接通C1、A1，将C1中上次使用的信号保存到A1中；接下来C1、A1断开，C1对第二个数据采样；第三个数据进入时，A1、B1、C1输出，B2开始采样，同时模拟开关接通A2、C2，将C2中的信号保存到A2中；第四个数据进入时，C2、A2断开，C2开始采样；第五个数据进入时，A2、B2、C2输出，B1采样，A1、C1又被接通；以此不断循环。
3.如权利要求1所述的一种数模转换方法，其特征在于运算部分可采用模拟乘法器直接运算，或用积分运算形式。
全文摘要
一种数模转换方法,其特征在于利用模拟信号提供装置,以相同的时间段将三个连续的采样数据变成模拟量,然后根据二次曲线运算方程,用模拟运算电路进行运算,即可输出一段二次曲线来近似表示原采样信号的相应段波形,继续地进行上述转换,就可还原出被采样的模拟信号。本发明在同样的采样频率下比传统的长方形来表示精确度高许多,尤其是在采样频率低的情况下,效果更为明显。
文档编号H03M1/00GK1193222SQ9810009
公开日1998年9月16日 申请日期1998年2月6日 优先权日1998年2月6日
发明者杨汪宝 申请人:杨汪宝