[發明專利]一種帶限信號的高精度數模轉換器及其使用方法

無效

• 申請號: 201110424620.4
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102412841A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 許霄龍;袁浩;危峰;任全利;袁松
• 申請（專利權）人: 中船重工（武漢）凌久電子有限責任公司
• 主分類號: H03M1/66
• 分類號: H03M1/66
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王超

技術領域

本發明涉及模擬及數字信號處理領域，具體地說是一種帶限信號的高精度數模轉換器(DAC)生成方法。

背景技術

數字-模擬轉換器件(DAC)是數字信號與模擬信號之間的接口，DAC將輸入的數字代碼轉換為模擬電平，然后通過零階保持電路輸出，由于零階保持信號呈階梯狀，該階梯信號的陡緣在轉換過程中引入了更高的頻率分量，根據奈奎斯特采樣定理，這些頻率分量被稱為采樣過程中的頻譜鏡像，頻譜鏡像出現在采樣頻率的倍數處。因此在零階保持電路之后必須引入低通濾波器，從頻域上看，低通濾波器濾除了不需要的頻譜鏡像，從時域上看，低通濾波器使階梯信號的陡緣變平滑，該低通濾波器又被稱為抗鏡像濾波器。

傳統的抗鏡像濾波器主要采用模擬電路設計，模擬電路工程師通過信號的通帶截止頻率、通帶增益、過渡帶寬度等指標選擇合適的低通濾波器模型，采用有源器件(如運算放大器)、無源器件(如電阻、電容)搭建模擬濾波電路。由于模擬濾波器受硬件成本、PCB(印刷電路板)板幅、溫度漂移、元器件精度等多方面影響，往往只能在性能和其他因素之間平衡，無法將濾波器的精度做的很高，性能也往往無法達到最優。

目前通用DAC的采樣速率已經達到很高的水平，比如16bit精度DAC的采樣率可以輕易超過1MSPS，如何用數字的方法簡化模擬電路的設計，提高DAC生成信號的精度，在帶限信號的DAC生成方法上，具有重大的現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種帶限信號的高精度數模轉換器(DAC)生成方法，本發明利用FPGA對數字信號進行等值內插，通過增大采樣頻率來增大頻譜鏡像之間的間隔，并通過FPGA進行數字濾波，能有效簡化模擬抗鏡像濾波器的設計，提高輸出信號的精度，具有較強的通用性。

一種帶限信號的數模轉換器，包括數字信號處理器、現場可編程邏輯門陣列、數模轉換模塊，它們依次相連，并接至電源模塊。

所述的數模轉換器，數模轉換模塊的輸出還接有模擬抗鏡像濾波器。

所述的數模轉換器，電源模塊包括數字信號部分供電電源和模擬信號部分供電電源，數字信號處理器、現場可編程邏輯門陣列均與數字信號部分供電電源相連，數模轉換模塊、模擬抗鏡像濾波器均與模擬信號部分供電電源相連；數字信號處理器上還接有同步動態隨機存儲器和第一閃存，現場可編程邏輯門陣列上還接有第二閃存，現場可編程邏輯門陣列、數模轉換模塊之間還接有光電隔離器。

所述的數模轉換器，現場可編程邏輯門陣列內設有數字內插模塊和數字濾波模塊，數字內插模塊的輸出端接至數字濾波模塊的輸入端。

所述的數模轉換器，數字內插模塊通過數字信號處理器接口模塊與數字信號處理器相連，數字濾波模塊通過數模轉換接口模塊與數模轉換模塊相連。

所述的數模轉換器，數字信號處理器接口模塊與數字內插模塊之間設有接收緩存模塊，數字濾波模塊與數模轉換模塊之間設有發送緩存模塊。

所述的數模轉換器，數字濾波模塊采用有限長單位沖激響應濾波器。

一種帶限信號的高精度數模轉換器的使用方法包括：數字信號處理器將數字代碼輸入現場可編程邏輯門陣列，現場可編程邏輯門陣列通過等值內插和數字濾波提高數字代碼的采樣率，并將數字代碼的頻譜鏡像濾除，然后輸入到數模轉換模塊轉換成模擬信號。

所述的使用方法，具體包括以下步驟：

S1)根據信號的特征及濾波器的要求，求出數字濾波器傳輸函數各階的系數，并將此系數作為參數寫入現場可編程邏輯門陣列的FILTER?IP核中，生成數字濾波模塊；

S2)數字信號處理器中的數字代碼依次通過其外總線、數字信號處理器接口模塊進入接收緩存模塊進行緩存；

S3)數字內插模塊收取接收緩存模塊中的數據，并進行等值內插；

S4)內插后的數字代碼進入步驟S1生成的數字濾波模塊，進行濾波處理；

S5)濾波后的數字代碼存入發送緩存模塊進行發送前的緩存；

S6)緩存后的數字代碼通過數模轉換接口模塊進入數模轉換模塊，數模轉換模塊將數字代碼轉換到模擬電平，并進行零階保持處理；

S7)模擬抗鏡像濾波器對數模轉換模塊輸出的階梯狀零階保持信號進行平滑處理，處理完畢后輸出信號。