Способ цифроаналогового преобразования и устройство для его осуществления

 

Предложен цифроаналоговый преобразователь, имеющий несколько выходных каскадов (46). Каждый выходной каскад (46) включает в себя буфер (54) с тремя состояниями, который выдает сигнал включения, сигнал выключения или широтно-импульсно-модулированный сигнал (ШИМ), который выбирается мультиплексором (52), работающим под управлением декодера (50) хорды, реагирующего на разряды порядка числа в значении входного цифрового сигнала. Если выбирается ШИМ-сигнал, то его коэффициентом заполнения управляет декодер (48) ШИМ-сигнала, который реагирует на разряды мантиссы в значении входного цифрового сигнала. Дополнительный выход обеспечивает ШИМ-сигнал с предварительно заданным коэффициентом заполнения, который можно использовать в качестве опорного сигнала для компенсации изменений в работе остальной части схемы цифроаналогового преобразования. Технический результат - повышение точности. 2 c. и 11 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к цифроаналоговым преобразователям.

Известные цифроаналоговые преобразователи включают в себя системы, которые содержат резистивную цепочку, элементы которой избирательно возбуждаются в ответ на значение входного цифрового сигнала для выдачи суммарного выходного аналогового сигнала подходящего размера. Также известно использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для осуществления цифроаналогового преобразования. При этих способах ШИМ формируется широтно-импульсный-модулированный сигнал с коэффициентом заполнения, регулируемым значением входного цифрового сигнала. Затем этот широтно-импульсно-модулированный сигнал подвергается фильтрации нижних частот, и получается аналоговый сигнал со значением, зависимым от коэффициента заполнения широтно-импульсно-модулированного сигнала.

В заявке EP-A-97249 описан цифроаналоговый преобразователь, содержащий несколько выходных каскадов, каждый из которых реагирует на входной цифровой сигнал для формирования либо сигнала включения, либо сигнала выключения, либо широтно-импульсно-модулированного сигнала. Выходные каскады подключены параллельно к суммирующему узлу, который подсоединен к фильтру нижних частот.

В схемах, включающих в себя и цифровые, и аналоговые части, желательно, чтобы как можно большая часть схемы была цифровой. Цифровые части могут быть выполнены в виде интегральных схем, которые относительно недороги, компактны и энергоэффективны, а также сравнительно устойчивы к проблемам допусков аналоговых схем.

В случае цифроаналогового преобразователя на некотором каскаде должен быть переход от цифровой схемы к аналоговой схеме. Это сопряжение вносит дополнительное ограничение, заключающееся в том, что желательно, чтобы как можно меньше сигнальных шин использовалось для соединения цифровой части схемы с аналоговой частью схемы. Причина этого заключается в том, что цифровая часть схемы обычно будет выполнена в виде интегральной схемы, которая имеет гораздо меньший размер и ограниченное число доступных соединений ввода/вывода. Таким образом, чем больше число требуемых соединений от цифровой части схемы к аналоговой части схемы, тем меньше число соединений, имеющихся для выполнения других функций, которые могут потребоваться от цифровой схемы.

Настоящее изобретение посвящено проблеме разработки усовершенствованного аналого-цифрового преобразователя, который позволяет использовать большую долю цифровых схем и требует малого количества соединений между цифровой частью схемы и аналоговой частью схемы.

При рассмотрении с одной стороны настоящее изобретение предлагает цифроаналоговый преобразователь для преобразования значения входного цифрового сигнала в выходной аналоговый сигнал, содержащий: несколько выходных каскадов, каждый из которых реагирует на указанное значение входного цифрового сигнала для формирования сигнала составляющей, который является одним из сигналов сигнала включения, имеющего некоторую амплитуду широтно- импульсно-модулированного сигнала, имеющего некоторую амплитуду, и сигнала выключения, причем указанный сигнал включения и указанный широтно-импульсно-модулированный сигнал в различных выходных каскадах имеют различные амплитуды и подаются параллельно на общий суммирующий узел для формирования сигнала суммы, фильтр нижних частот для фильтрации нижних частот любой широтно-импульсно-модулированной составляющей указанного сигнала суммы из указанного общего суммирующего узла для формирования указанного выходного аналогового сигнала, при этом один или более разрядов хорды указанного значения входного цифрового сигнала управляют тем, какие из указанных выходных каскадов формируют указанный сигнал включения, какие из указанных выходных каскадов формируют указанный широтно-импульсно-модулированный сигнал и какие из указанных выходных каскадов формируют указанный сигнал выключения, и для данного значения входного цифрового сигнала только один из указанных выходных каскадов является выходным каскадом формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, который формирует широтно-импульсно-модулированный сигнал, причем любые выходные каскады с амплитудой сигнала, меньшей, чем в указанном выходном каскаде формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, формируют сигналы включения, а любые выходные каскады с амплитудой сигнала, большей, чем в указанном выходном каскаде формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, формируют сигналы выключения.

В изобретении используется несколько выходных каскадов с различными амплитудами сигналов, причем каждый каскад работает в режиме включения/выключения или режиме широтно-импульсной модуляции. Это обеспечивает широкий динамический диапазон при широтно-импульсной модуляции, обеспечивая достаточно хорошее разрешение без потребности в избыточном количестве выходных каскадов. Фильтр нижних частот - это единственная часть, которая должна быть аналоговой по характеру, чтобы выполнить требование, согласно которому цифро-аналоговый преобразователь должен быть реализован главным образом в виде цифровой схемы.

Существует возможность, хотя это и выходит за рамки настоящего изобретения, одновременной выдачи более чем одним выходным каскадом сигнала широтно-импульсно-модулированной составляющей. Однако очень важен сам по себе разрядный интервал (или временные интервалы, в которых разряд представляет временной интервал), имеющийся для представления значения входного цифрового сигнала. Количество данных емкости запоминающего устройства, требуемой для хранения выбранного цифрового способа представления аналогового сигнала, может быть чрезвычайно большим, так что разрядный интервал в пределах любого данного значения входного цифрового сигнала нужно использовать с максимальным эффектом. Поэтому в изобретении для некоторого данного значения входного цифрового сигнала только один из указанных выходных каскадов является выходным каскадом формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, который формирует широтно-импульсно-модулированный сигнал, причем любые выходные каскады с амплитудой сигнала, меньшей, чем в указанном выходном каскаде формирования широтно- импульсно-модулированного сигнала, формируют сигналы включения, а любые выходные каскады с амплитудой сигнала, большей, чем в указанном выходном каскаде формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, формируют сигналы выключения.

Разрядный интервал, требуемый для задания коэффициента заполнения широтно-импульсно-модулированного сигнала до значимой степени, сравнительно велик по сравнению с разрядным интервалом, требуемым для задания того, какие выходные каскады выдают сигналы включения или выключения. Поэтому преимущественно только один выходной каскад выдает широтно-импульсно- модулированный сигнал в любой данный момент. Кроме того, достижение требуемого динамического диапазона в пределах амплитуды аналогового сигнала обуславливает то, что выходные каскады меньшего порядка должны быть включены для обеспечения смещения, на вершине которого широтно-импульсно-модулированный сигнал обеспечивает дополнительную степень точного управления и повышает монотонность.

Обнаружено, что для обеспечения широкого динамического диапазона, который плавно и эффективно охватывает диапазон выходных аналоговых сигналов, предназначенный для использования предпочтительно, чтобы указанные сигналы включения и указанные широтно-импульсно-модулированные сигналы в различных выходных каскадах имели амплитуды, связанные логарифмической зависимостью.

В цифровой схеме такую логарифмическую зависимость проще реализовать, когда указанные амплитуды сигналов увеличиваются с коэффициентом два между выходными значениями.

Предпочтительно, чтобы несколько разрядов управляющего поля указанного значения входного цифрового сигнала обеспечивали возможность выбора коэффициента заполнения указанного широтно- импульсно-модулированного сигнала.

Желательно, чтобы цифроаналоговый преобразователь был способен создавать обе полярности аналогового сигнала, и поэтому предпочтительно, чтобы разряд знака указанного значения входного цифрового сигнала обеспечивал возможность выбора полярности указанного выходного аналогового сигнала.

Фильтр нижних частот можно реализовать многими различными способами. Одна проблема, которая может возникнуть, заключается во влиянии теплового дрейфа и допусков на изготовление в цифровых схемах после возбуждения фильтра нижних частот, что может привести к изменениям в абсолютном значении выходного аналогового сигнала. Предпочтительными конкретными вариантами осуществления изобретения, уменьшающими эту проблему, являются те, при которых указанный фильтр нижних частот включает в себя дифференциальный усилитель, причем опорный входной сигнал, подаваемый на этот дифференциальный усилитель, является опорным напряжением, полученным из опорного сигнала с предварительно заданным коэффициентом заполнения.

Сочетание использования дифференциального усилителя, корректируемого опорным напряжением, которое само получено из опорного сигнала с предварительно заданным коэффициентом заполнения, приводит к тому, что изменения в сигналах составляющих, сформированных выходными каскадами, будут сопровождаться соответствующими изменениями в опорном сигнале, которые будут служить для компенсации друг друга.

Простой, эффективный и недорогой способ управления амплитудами сигналов различных выходных каскадов заключается в том, что каждый выходной каскад включает в себя резистивный элемент для управления указанными амплитудами сигналов в указанном выходном каскаде.

Изменением между амплитудами сигналов различных каскадов можно более точно управлять, когда указанные резистивные элементы выполнены из одного или более резисторов, имеющих некоторую общую величину сопротивления и полученных из общей технологической партии.

Наряду с тем, что оно обеспечивает преимущества компактности, широкого динамического диапазона и высокого разрешения во многих различных выполнениях, изобретение обеспечивает, в частности, серьезные преимущества в конкретных вариантах осуществления, в которых, помимо указанных резистивных элементов и указанного фильтра нижних частот, указанный цифроаналоговый преобразователь содержит цифровую интегральную схему.

Чтобы эффективно управлять сигналом составляющей различных типов, подаваемым на общий суммирующий узел, предпочтительно, чтобы каждый выходной каскад включал в себя буфер с тремя состояниями, который формирует указанный сигнал составляющей.

Выбранная структура широтно-импульсной модуляции может принимать многие формы. Вообще говоря, переход в состоянии сигнала потребляет энергию. Уменьшение энергопотребления считается желательной целью, поскольку это обеспечивает более длительную работу портативного устройства и уменьшает теплообразование. Однако для повышения эффективности фильтра нижних частот и точности воспроизведения выходного аналогового сигнала предпочтительно, чтобы широтно-импульсно-модулированный сигнал имел наименьшее содержание низкочастотных гармонических составляющих (составляющих разложения Фурье) для требуемого коэффициента заполнения и частоты избыточной дискретизации указанного широтно-импульсно-модулированного сигнала.

Цифроаналоговый преобразователь, соответствующий настоящему изобретению, можно использовать при значениях входных цифровых сигналов, представляющих многие различные физические объекты. Вместе с тем изобретение применимо, в частности, когда указанное значение входного цифрового сигнала является выборкой цифрового звукового сигнала, а указанный выходной аналоговый сигнал обеспечивает возможность возбуждения преобразователя звукового сигнала.

При рассмотрении с другой стороны, изобретение также предлагает способ цифроаналогового преобразования, предназначенный для преобразования значения входного цифрового сигнала в выходной аналоговый сигнал, заключающийся в том, что в ответ на указанное значение входного цифрового сигнала в каждом из нескольких выходных каскадов формируют сигнал составляющей, который является одним из сигналов сигнала включения, имеющего некоторую амплитуду, широтно-импульсно-модулированного сигнала, имеющего некоторую амплитуду, и сигнала выключения; причем указанный сигнал включения и указанный широтно-импульсно-модулированный сигнал, имеющие в различных выходных каскадах различные амплитуды, подаются параллельно на общий суммирующий узел для формирования сигнала суммы, осуществляют фильтрацию нижних частот любой широтно- импульсно-модулированной составляющей указанного сигнала суммы из указанного общего суммирующего узла для формирования указанного выходного аналогового сигнала, при этом один или более разрядов (6) хорды указанного значения входного цифрового сигнала управляют тем, какие из указанных каскадов формируют указанный сигнал включения, какие из указанных выходных каскадов формируют указанный широтно-импульсно-модулированный сигнал и какие из указанных выходных каскадов формируют указанный сигнал выключения, и для данного значения входного цифрового сигнала только один из указанных выходных каскадов является выходным каскадом формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, который формирует широтно-импульсно-модулированный сигнал, причем любые выходные каскады с амплитудой сигнала, меньшей, чем в указанном выходном каскаде формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, формируют сигналы включения, а любые выходные каскады с амплитудой сигнала, большей, чем в указанном выходном каскаде формирования широтно-импульсно-модулированного сигнала, формируют сигналы выключения.

Теперь будут описаны конкретные варианты осуществления изобретения, приводимые только в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает формат одного варианта значения входного цифрового сигнала, фиг. 2 изображает выходной каскад для цифроналогового преобразования значения входного цифрового сигнала, показанного на фиг. 1,
фиг. 3 изображает группу выходных каскадов, аналогичных показанному на фиг. 2, в сочетании с фильтром нижних частот,
фиг. 4 изображает характеристику цифроаналогового преобразования системы, показанной на фиг. 1, 2 и 3,
фиг. 5 изображает управление хордой применительно к различным разрядам выбора хорды для системы, показанной на фиг. 1, 2 и 3,
фиг. 6 изображает преобразование между значениями входного цифрового сигнала и выходными аналоговыми сигналами для системы, показанной на фиг. 1, 2 и 3,
фиг. 7 изображает формат другого варианта значения входного цифрового сигнала,
фиг. 8 изображает выходной каскад для цифроналогового преобразования значения входного цифрового сигнала, показанного на фиг. 7,
фиг. 9 изображает группу выходных каскадов, аналогичных показанному на фиг. 8, в сочетании с фильтром нижних частот,
фиг. 10 изображает характеристику цифроаналогового преобразования системы, показанной на фиг. 7, 8 и 9,
фиг. 11 изображает управление хордой применительно к различным разрядам выбора хорды для системы, показанной на фиг. 7, 8 и 9,
фиг. 12 изображает преобразование между значениями входного цифрового сигнала и выходными аналоговыми сигналами для системы, показанной на фиг. 7, 8 и 9,
фиг. 13 изображает кодирование широтно-импульсной модуляции для различных значений мантиссы значения входного цифрового сигнала, показанного на фиг. 7,
фиг. 14 изображает зависимость между опорным сигналом с предварительно заданным коэффициентом заполнения, опорным напряжением и напряжением питания,
фиг. 15 изображает отклонение согласования в нескорректированном аналоговом сигнале и опорном напряжении, и
фиг. 16 изображает еще один вариант, в котором стереофонические звуковые сигналы формируются двухкаскадными цифроаналоговыми преобразователями, а затем подвергаются фильтрации нижних частот и усиливаются.

Фиг. 1 изображает значение 2 входного цифрового сигнала. Значение 2 входного цифрового сигнала состоит из разряда и знака, двух разрядов 6 выбора хорды (порядка числа) и пяти разрядов 8 управляющего поля (мантиссы). Разряд 4 знака управляет полярностью выходного аналогового сигнала, формируемого цифроаналоговым преобразователем. Разряды 6 выбора хорды управляют тем, какие из выходных каскадов цифроаналогового преобразователя формируют сигналы включения, сигналы выключения или широтно-импульсно-модулированные сигналы. Это соответствует выбору конкретной хорды на характеристике, изображенной на фиг. 4, на которой показан выходной аналоговый сигнал. Разряды 8 управляющего поля управляют коэффициентом заполнения широтно-импульсно-модулированного сигнала, сформированного одним из выходных каскадов цифроаналогового преобразователя. Это соответствует заданию положения на хорде, показанной на фиг. 4, которая выбрана с помощью разрядов 6 выбора хорды. Пять разрядов 8 управляющего поля обеспечивают возможность задания тридцати двух различных коэффициентов заполнения.

Фиг. 2 изображает выходной каскад 10 цифроаналогового преобразователя. Пятиразрядный декодер 12, осуществляющий широтно-импульсную модуляцию (фактически сообща используемый всеми выходными каскадами), преобразует разряды 8 управляющего поля в широтно-импульсно-модулированный сигнал ШИМ, имеющий один из 32-х возможных коэффициентов заполнения. Разряды 00000 управляющего поля дают коэффициент заполнения 16/32. Разряды 01111 управляющего поля дают коэффициент заполнения 31/32, тогда как находящиеся между ними разряды управляющего поля с номерами от 00001 до 01110 дают коэффициенты заполнения от 17/32 до 30/32.

Разряды 10000 управляющего поля дают коэффициент заполнения 0/32.

Разряды 11111 управляющего поля дают коэффициент заполнения 15/32, тогда как находящиеся между ними разряды управляющего поля с номерами от 10000 до 11110 дают коэффициенты заполнения от 1/32 до 14/32.

Декодер 14 хорды реагирует на разряды 6 выбора хорды для получения выходного сигнала управления хордой, который подается в мультиплексор 16. В зависимости от содержимого разрядов 6 выбора хорды декодер 14 хорды управляет мультиплексором 16 с помощью разрядов управления хордой для выбора одного из сигналов сигнала 18 включения, сигнала 20 выключения и широтно-импульсно-модулированного сигнала для выдачи мультиплексором 16. Преобразование разрядов 6 выбора хорды в сигнал управления хордой будет различным для различных выходных каскадов, так что при любых данных разрядах выбора хорды один из мультиплексоров выберет широтно-импульсно-модулированный сигнал, мультиплексоры большего порядка выберут сигнал 18 включения, а мультиплексоры меньшего порядка выберут сигнал 20 выключения.

Разряд 4 знака обеспечивает входной сигнал для буфера 22 с тремя состояниями. Буфер 22 с тремя состояниями стробируется выходным сигналом мультиплексора 16 и подает свой выходной сигнал на выходную контактную площадку 24 интегральной схемы. Все элементы слева от выходной контактной площадки 24 на фиг. 2 являются частью интегральной схемы. Затем сигнал с выходной контактной площадки 24 пропускается к резистивному элементу 26, который имеет конкретную величину (сопротивления), зависящую от порядка выходного каскада. Резистивный элемент 26 выполнен из цепи резисторов одного и того же номинала и из одной и той же технологической партии. Таким образом, можно добиться точной логарифмической зависимости между величинами сопротивлений соответствующих резистивных элементов 26 в различных выходных каскадах 10.

Фиг. 3 изображает цифроаналоговый преобразователь, имеющий четыре выходных каскада 10. Эти выходные каскады 10 подсоединены через соответствующие резистивные элементы 26 к общему суммирующему узлу 28. Общий суммирующий узел 28 пропускает свой выходной сигнал на фильтр 30 нижних частот, который содержит дифференциальный усилитель 30 с цепью 34 обратной связи. Опорное напряжение V/2 подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 32, а сумма сигналов составляющих с соответствующих выходных каскадов 10 подается с общего суммирующего узла на инвертирующий вход дифференциального усилителя 32. Цепь 34 обратной связи имеет значения (параметров) элементов, выбранные в соответствии со стандартной практикой для получения характеристики фильтрации нижних частот с частотой среза, значительно меньшей, чем частота наименьшей гармонической составляющей (составляющей разложения Фурье) широтно-импульсно-модулированного сигнала.

Опорное значение V/2 получают из схемы 27 опорного сигнала (COC) через дополнительную выходную контактную площадку интегральной схемы (имеющий идентичный выходной буфер с тремя состояниями для выходных каскадов, так что различия в изготовлении выходных буферов с тремя состояниями могут быть скорректированы), которая выдает опорный сигнал OC, который имеет коэффициент заполнения 50% и который затем пропускается через фильтр 36 нижних частот опорного сигнала для выдачи опорного напряжения V/2. Таким образом, изменения в абсолютной величине сигналов, сформированных интегральной схемой, например, из-за изменений напряжения питания, компенсируются такими же изменениями, которые возникнут в опорном напряжении V/2, используемом в качестве опорной точки дифференциальным усилителем 32.

Фиг. 4 изображает характеристику цифроаналогового преобразования схемы, показанной на фиг. 3. Аналоговый сигнал изменяется в диапазоне от -480I до +480I, где I - предварительно заданный ток, который обеспечивает наименьшее приращение в аналоговом сигнале (задаваемое в этом случае равным примерно V/(8*R), где V - напряжение, до которого буфер 22 с тремя состояниями запитывает выходную контактную площадку 24, когда он включен). Этот динамический диапазон 9601 можно линейно закодировать с помощью десяти разрядов. Однако логарифмическое представление сигнала, пояснявшееся в связи с фиг. 1, обеспечивает этот динамический диапазон с использованием 8 разрядов. Значения 00-1f входного цифрового сигнала (в шестнадцатиричной системе) находятся на первой хорде 38 и обеспечивают тридцать два возможных уровня выходного аналогового сигнала, каждый из которых отстоит от другого на I. Вторая хорда 40 также обеспечивает тридцать два возможных уровня выходного аналогового сигнала, но на этот раз - отстоящих друг от друга на 2*I. То же самое продолжается с третьей хордой 42 и четвертой хордой 44 с соответствующими промежутками 4*I и 8*I между уровнями аналогового сигнала. Когда наиболее значимые разряды значения выходного цифрового сигнала являются "1", указывая отрицательный выходной аналоговый сигнал, то используются соответствующие отрицательные хорды 38', 40', 42' и 44'.

Хотя динамический диапазон аналогового сигнала велик, разрешение на более высоких уровнях меньше, чем при обычном линейном кодировании. Однако во многих реальных применениях, например, в случае звуковых сигналов, это несущественно, поскольку логарифмическая характеристика хорошо согласуется со слуховой реакцией человека и соответственно обеспечивает наилучшее использование разрядного интервала, предоставляемого для выборки звукового сигнала.

Фиг. 5 изображает зависимость между разрядами выбора хорды или разрядами порядка числа (ПОР.Ч.) и сигналами управления хордой, подаваемыми на соответствующие мультиплексоры 16 в различных выходных каскадах 10. Выходным каскадом наименьшего порядка является каскад с резистивным элементом наибольшего номинала (в этом случае - 8*R), а его выбранный выходной сигнал представлен как EN[0] . Когда выбирается хорда 38, 38' наименьшего порядка, выходной каскад наименьшего порядка формирует широтно- импульсно-модулированную составляющую, причем все выходные каскады большего порядка выключены. С увеличением порядка числа порядок выходного каскада, который формирует широтно-импульсно-модулированный сигнал, увеличивается, причем выходные каскады меньшего порядка постоянно включены, а выходные каскады большего порядка остаются выключенными. Когда хорда 44, 44' наибольшего порядка выбрана с помощью значения 11 порядка числа, то выходной каскад наибольшего порядка (соответствующий резистивному элементу R) формирует широтно-импульсно-модулированный сигнал, а все выходные каскады меньшего порядка формируют сигналы включения.

Фиг. 6 изображает зависимость между разрядами знака, порядка числа и мантиссы значения входного цифрового сигнала и сигналами составляющих I_вых[n] и сигналом суммы I_общ подвергнутым фильтрации нижних частот. Для тех выходных каскадов, которые формируют широтно-импульсно-модулированный сигнал, значение, приведенное на фиг. 6, является коэффициентом заполнения для данной мантиссы, умноженной на относительную амплитуду сигнала для этого каскада.

Фиг. 7-13 изображают второй вариант осуществления изобретения. Работа в этом варианте осуществления проходит по тем же принципам, что и в описанном выше первом варианте осуществления, но в этом случае используются трехразрядный показатель числа (разряды выбора хорды) и четырехразрядная мантисса (разряды управляющего поля). Это изображено на фиг. 7.

Фиг. 8 изображает выходной каскад 46, который в этом случае включает в себя четырехразрядный декодер 48, осуществляющий широтно-импульсную модуляцию, и декодер 50 хорды, который реагирует на три разряда порядка числа. Мультиплексор 52 и буфер 54 с тремя состояниями работают так же, как те, которые описаны ранее.

Фиг. 9 изображает цифроаналоговый преобразователь, состоящий из восьми выходных каскадов 46, показанных на фиг. 8. В этом случае диапазон значения сопротивления резистивных элементов составляет от R до 128*R. Токи выходных сигналов составляющих со всех каскадов 46 пропускаются к общему суммирующему узлу 56 до того, как они подвергаются фильтрации нижних частот. Схема 47 опорного сигнала формирует опорный сигнал с коэффициентом заполнения 50%, который затем подвергается фильтрации нижних частот с помощью фильтра 49 нижних частот опорного сигнала.

Фиг. 10 изображает характеристику цифроаналогового преобразователя, показанного на фиг. 9. Эта характеристика состоит из восьми хорд, которые соответственно выбраны с помощью различных значений порядка числа. Наибольшие значения на соответствующих хордах - 161, 481, 1121, 2401, 4961, 10081, 20321 и 40801. Полный динамический диапазон характеристики составляет 81601. Для того чтобы охватить этот динамический диапазон в виде линейного представления, как правило, необходимы 13 разрядов. При таком логарифмическом представлении он охвачен всего 8-ю разрядами за счет увеличения размера шага на конечной хорде до 1281. Каждая хорда имеет шестнадцать возможных равноотстоящих друг от друга уровней.

Фиг. 11 изображает зависимость между значениями порядка числа и выходным сигналом управления хордой декодера 50 хорды. Картина этой зависимости такая же, как показано на фиг. 5 для предыдущего варианта осуществления. С возрастанием порядка числа увеличивается порядок выходного каскада, который формирует широтно-импульсно-модулированный сигнал, причем каскады меньшего порядка включены, а каскады большего порядка выключены.

Фиг. 12 изображает зависимость между разрядами знака, порядка числа и мантиссы и сигналами составляющих и суммарным сигналом для второго варианта осуществления. По сравнению с первым вариантом осуществления больший динамический диапазон достигается за счет большего размера шага. Обнаружено, что необходимо найти компромисс в звуковом сигнале при цифроаналоговом преобразовании.

Фиг. 13 изображает зависимость между значениями мантиссы и широтно-импульсно-модулированного сигнала, выдаваемого четырехразрядным декодером 48, осуществляющим широтно-импульсную модуляцию, показанным на фиг. 8. Значение 1000 мантиссы дает коэффициент заполнения 0/16, что отражается широтно-импульсно- модулированным сигналом, остающимся выключенным на всех своих шестнадцати временных интервалах (частота избыточной дискретизации *16). Значение 0000 мантиссы (разрядов управляющего поля) дает коэффициент заполнения 8/16 (50%), при котором широтно-импульсно-модулированный сигнал из выключенного становится включенным между каждым из шестнадцати подвергнутых избыточной дискретизации временных интервалов. Коэффициента заполнения 50% можно достичь за счет наличия восьми последовательных временных интервалов выключения, за которыми следуют восемь последовательных временных интервалов включения. Однако такое декодирование должно иметь содержание больших низкочастотных гармонических составляющих (составляющих разложения Фурье), которые фильтру нижних частот было бы труднее удалить. Поэтому для повышения точности воспроизведения получаемого аналогового сигнала используется участок наиболее высоких частот.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, значения входного цифрового сигнала до некоторой степени подвергаются цифровой обработке перед выдачей. Эту цифровую обработку сигнала можно использовать для компенсации таких факторов, как изменение с частотой фазового сдвига, вносимого цифроаналоговым преобразователем. Если для широтно-импульсно-модулированного сигнала необходим коэффициент заполнения 100%, то это достигается путем подачи данных выборки на схемы предварительной обработки цифрового сигнала, которые приводят эти данные в состояние выхода за диапазон, причем этот сигнал, выходящий за диапазон, подается на четырехразрядный декодер 48, осуществляющий широтно-импульсную модуляцию. Это показано нижней строкой на фиг. 13.

Фиг. 14 изображает опорный сигнал 58, представленный меандром с коэффициентом заполнения 50% и уровнем, изменяющимся от нуля до напряжения питания V_пит. Среднее (подвергнутое фильтрации нижних частот) значение опорного сигнала составляет половину напряжения питания и в схеме подается в качестве опорного напряжения.

Фиг. 15 иллюстрирует, как осуществляется согласование отклонения, вызванного ухудшением нескорректированного аналогового сигнала (сигнала с общего узла), с помощью изменения опорного напряжения, так что отношение a/b, по существу, такое же, как отношение c/d. При этом способе дрейф напряжения, смещение и другие проблемы, обусловленные допусками в схемах, можно скорректировать с помощью дифференциального усилителя, запитываемого опорным напряжением, представляющим уровень опорного входного сигнала.

Фиг. 16 изображает еще один вариант осуществления с двумя двухкаскадными звуковыми каналами AOL, AOR, каждый из которых имеет связанный с ним фильтр нижних частот и связанный с ним усилитель. Опорное напряжение V_оп обеспечивается с помощью выходного сигнала A_оп, который подвергается фильтрации нижних частот. Это опорное напряжение Von подается в схемы фильтрации и усиления обоих каналов для компенсации изменений в сигналах AOL, AOR и A_оп, формируемых интегральной схемой.

Формула изобретения

1. Цифроаналоговый преобразователь для преобразования значения (2) входного цифрового сигнала в выходной аналоговый сигнал (V_вых), содержащий несколько выходных каскадов (10), каждый из которых реагирует на указанное значение входного цифрового сигнала для формирования сигнала составляющей, который является одним из сигналов сигнала (1) включения, имеющего некоторую амплитуду, широтно-импульсно-модулированного (ШИМ) сигнала, имеющего некоторую амплитуду, и сигнала (0) выключения, причем указанные сигнал включения и ШИМ-сигнал в различных выходных каскадах имеют различные амплитуды и подаются параллельно на общий суммирующий узел (28) для формирования сигнала суммы, фильтр (32, 34) нижних частот для фильтрации нижних частот любой ШИМ-составляющей указанного сигнала суммы из указанного общего суммирующего узла для формирования указанного выходного аналогового сигнала, при этом один или более разрядов (6) хорды указанного значения входного цифрового сигнала управляют тем, какие из указанных выходных каскадов формируют указанный сигнал включения, какие из указанных выходных каскадов формируют указанный ШИМ-сигнал, и какие из указанных выходных каскадов формируют указанный сигнал выключения, и для заданного значения входного цифрового сигнала только один из указанных выходных каскадов является выходным каскадом формирования ШИМ-сигнала, который формирует ШИМ-сигнал, причем любые выходные каскады с амплитудой сигнала, меньшей, чем в указанном выходном каскаде формирования ШИМ-сигнала, формируют сигналы включения, а любые выходные каскады с амплитудой сигнала, большей, чем в указанном выходном каскаде формирования ШИМ-сигнала, формируют сигналы выключения.

2. Цифроаналоговый преобразователь по п.1, отличающийся тем, что указанные сигналы включения и ШИМ-сигналы в различных выходных каскадах имеют амплитуды, связанные логарифмической зависимостью.

3. Цифроаналоговый преобразователь по п.2, отличающийся тем, что указанные амплитуды сигналов увеличиваются с коэффициентом два между выходными значениями.

4. Цифроаналоговый преобразователь по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что несколько разрядов (8) управляющего поля указанного значения входного цифрового сигнала обеспечивают возможность выбора коэффициента заполнения для указанного ШИМ-сигнала.

5. Цифроаналоговый преобразователь по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что разряд (4) знака указанного значения входного цифрового сигнала обеспечивает возможность выбора полярности указанного выходного аналогового сигнала.

6. Цифроаналоговый преобразователь по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что указанный фильтр нижних частот включает в себя дифференциальный усилитель (32), причем опорный входной сигнал (V/2), подаваемый в указанный дифференциальный усилитель, являющийся опорным напряжением, получен из опорного сигнала с предварительно заданным коэффициентом заполнения.

7. Цифроаналоговый преобразователь по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что каждый выходной каскад включает в себя резистивный элемент (R) для управления указанными амплитудами сигналов для этого выходного каскада.

8. Цифроаналоговый преобразователь по п.7, отличающийся тем, что указанные резистивные элементы выполнены из одного или более резисторов, имеющих некоторую общую величину сопротивления и полученных из общей технологической партии.

9. Цифроаналоговый преобразователь по п.7 или 8, отличающийся тем, что помимо указанных резистивных элементов и указанного фильтра нижних частот содержит цифровую интегральную схему.

10. Цифроаналоговый преобразователь по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что каждый выходной каскад включает в себя буфер (22) с тремя состояниями, который формирует указанный сигнал составляющей.

11. Цифроаналоговый преобразователь по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что указанный ШИМ-сигнал имеет наименьшее содержание низкочастотных гармонических составляющих для требуемого коэффициента заполнения и частоты избыточной дискретизации указанного ШИМ-сигнала.

12. Цифроаналоговый преобразователь по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что указанное значение входного цифрового сигнала является выборкой цифрового звукового сигнала, а указанный выходной аналоговый сигнал обеспечивает возможность возбуждения преобразователя звукового сигнала.

13. Способ цифроаналогового преобразования, предназначенный для преобразования значения входного цифрового сигнала в выходной аналоговый сигнал, заключающийся в том, что в ответ на указанное значение входного цифрового сигнала в каждом из нескольких выходных каскадов формируют сигнал составляющей, который является одним из сигналов сигнала включения, имеющего некоторую амплитуду, ШИМ-сигнала, имеющего некоторую амплитуду, и сигнала выключения, причем указанные сигнал включения и ШИМ-сигнал, имеющие в различных выходных каскадах различные амплитуды, подают параллельно на общий суммирующий узел для формирования сигнала суммы, осуществляют фильтрацию нижних частот любой ШИМ-составляющей указанного сигнала суммы из указанного общего суммирующего узла для формирования указанного выходного аналогового сигнала, при этом один или более разрядов (6) хорды указанного значения входного цифрового сигнала управляют тем, какие из указанных выходных каскадов формируют указанный сигнал включения, какие из указанных выходных каскадов формируют указанный ШИМ-сигнал, и какие из указанных выходных каскадов формируют указанный сигнал выключения, и для данного значения входного цифрового сигнала только один из указанных выходных каскадов является выходным каскадом формирования ШИМ-сигнала, который формирует ШИМ-сигнал, причем любые выходные каскады с амплитудой сигнала, меньшей, чем в указанном выходном каскаде формирования ШИМ-сигнала, формируют сигналы включения, а любые выходные каскады с амплитудой сигнала, большей, чем в указанном выходном каскаде формирования ШИМ-сигнала, формируют сигналы выключения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16