專(zhuān)利名稱(chēng)：一種pwm調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種PWM(pulse widthmodulation，脈 沖寬度調(diào)制)調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
技術(shù)背景模數(shù)轉(zhuǎn)換器目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電子科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，涵蓋微電子和集成電路設(shè) 計(jì)制造等各個(gè)方面。傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器大多是基于奈奎斯特采樣定理實(shí)現(xiàn)的，即以充分滿 足奈奎斯特采樣定理的一個(gè)恒定的頻率對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，然后再對(duì)采樣后的信號(hào) 進(jìn)行量化和編碼，最后輸出一串?dāng)?shù)字信號(hào)作為該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換后對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，典型的 實(shí)現(xiàn)方式有積分型和逐次逼近型兩種。這兩種實(shí)現(xiàn)方式都有其固有的缺陷。首先，轉(zhuǎn)換精度都依賴(lài)復(fù)雜的采樣電路的精 度，為了提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度就必須要設(shè)計(jì)復(fù)雜的采樣電路并抑制各種非理想因 素，然而就目前廣泛使用的開(kāi)關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)的采樣電路而言，由于溝道電荷的注入以及 時(shí)鐘饋通的影響其精度仍然不是很理想；其次，積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中包含有積分單元，由于 電荷泄漏等引起的運(yùn)算誤差也嚴(yán)重影響到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，而逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換 器中為了提高量化精度又必須要使用復(fù)雜的高比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器，這在提高電路復(fù)雜度的同 時(shí)也明顯地增加了系統(tǒng)功耗
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)模 擬信號(hào)進(jìn)行采樣以及量化和編碼，滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗較低、轉(zhuǎn)換精度高、成本低的需求。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適 用于觸摸屏驅(qū)動(dòng)、溫度檢測(cè)等對(duì)速度要求不太高的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路。其轉(zhuǎn)換過(guò)程包括 采樣、量化和編碼，所依托的電路依次由信號(hào)調(diào)節(jié)電路、PWM調(diào)制電路、量化和編碼電路、信 號(hào)鎖存器組成，鎖存器的觸發(fā)脈沖信號(hào)由PWM調(diào)制后輸出的信號(hào)經(jīng)觸發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生，邏輯 控制電路則根據(jù)外界輸入信號(hào)的狀態(tài)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。振蕩電路輸出三角波信號(hào)以一 定的頻率對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采樣調(diào)制，并將模擬信號(hào)的幅度變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比變化 的調(diào)制信號(hào)。原始模擬信號(hào)輸入后，由信號(hào)調(diào)節(jié)電路濾波和放大信號(hào)。信號(hào)調(diào)節(jié)電路由運(yùn)算放 大器以及電阻、電容組成。處理后的模擬信號(hào)輸出到PWM調(diào)制器完成信號(hào)的采樣和調(diào)制， PWM調(diào)制電路由三角波發(fā)生器以及比較器組成。經(jīng)過(guò)采樣和調(diào)制的信號(hào)輸出到量化和編碼 電路對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行量化和編碼，量化和編碼電路由一系列的帶有異步清零功能的計(jì)數(shù)器 組成，完成對(duì)PWM調(diào)制后的信號(hào)的量化和編碼。編碼后的信號(hào)在觸發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生的觸發(fā)脈 沖的作用下由鎖存器完成對(duì)數(shù)字信號(hào)的鎖存。而邏輯控制電路根據(jù)外界輸入信號(hào)的狀態(tài) 啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。振蕩電路輸出三角波信號(hào)以一定的頻率對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采樣調(diào) 制，并將模擬信號(hào)的幅度變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比變化的調(diào)制信號(hào)。[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是第一，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用脈沖寬度調(diào) 制的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入模擬信號(hào)的采樣，與傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的采樣保持電路相比具有電路 簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且還避免了開(kāi)關(guān)電容電路中溝道電荷的注入以及時(shí)鐘饋通等非理想因素對(duì) 采樣精度的影響；第二，采用一串具有異步清零功能的JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的量化和編碼電路使 得整個(gè)過(guò)程高效；第三，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器所依托的電路基本不含有大電容等元件，采用集成電 路的工藝實(shí)現(xiàn)時(shí)勢(shì)必將明顯地減低芯片的面積，使得電路簡(jiǎn)單化；第四，該方案對(duì)工藝的依 賴(lài)性比較低，采用目前可用的各種集成電路制造工藝基本上都可以實(shí)現(xiàn)，將顯然有利于降 低制造成本、提高效益；第五，由于電路的規(guī)模得到了控制而且整個(gè)系統(tǒng)中所包含的模擬電 路成分也相對(duì)比較少，所以芯片的功耗也將被限制在一個(gè)更加合理的水平，節(jié)省空間，這對(duì) 于一些采用電池供電的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)顯得尤為重要；第六可以充分利用軟件處理數(shù)據(jù)的 優(yōu)勢(shì)，處理此類(lèi)數(shù)據(jù)的程序比較簡(jiǎn)單。

圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的PWM調(diào)制電路圖；圖3為本實(shí)用新型的PWM調(diào)制后的信號(hào)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的一種串行轉(zhuǎn)并行的編碼電路；圖5為本實(shí)用新型的量化時(shí)序示意圖；圖6為本實(shí)用新型的編碼時(shí)序示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣以及量化和編碼，滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗較低、轉(zhuǎn)換精度較高、成本低的 需求。下面結(jié)合實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以便對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行 更深入的詮釋。本實(shí)用新型的原理框圖如圖1所示，一種PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適用于觸摸屏驅(qū) 動(dòng)、溫度檢測(cè)等對(duì)速度要求不太高的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路。其轉(zhuǎn)換過(guò)程包括采樣、量化和編 碼，所依托的電路依次由信號(hào)調(diào)節(jié)電路、PWM調(diào)制電路(PWM Modulator)、量化和編碼電路 (Quantification and Code)、信號(hào)鎖存器(Latch)組成，鎖存器的觸發(fā)脈沖信號(hào)由PWM調(diào) 制后輸出的信號(hào)經(jīng)觸發(fā)發(fā)生器(Trigger generator)產(chǎn)生，邏輯控制電路(LogicControl) 則根據(jù)外界輸入信號(hào)的狀態(tài)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。振蕩電路(OSC)輸出三角波信號(hào)以一定 的頻率對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采樣調(diào)制，并將模擬信號(hào)的幅度變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比(Duty) 變化的調(diào)制信號(hào)。原始模擬信號(hào)輸入后，由信號(hào)調(diào)節(jié)電路濾波和放大信號(hào)。信號(hào)調(diào)節(jié)電路由運(yùn)算放 大器(AMP)以及電阻、電容組成。處理后的模擬信號(hào)輸出到PWM調(diào)制器完成信號(hào)的采樣和 調(diào)制。經(jīng)過(guò)采樣和調(diào)制的信號(hào)輸出到量化和編碼電路以完成對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化和編碼，量化 和編碼電路由一系列的帶有異步清零功能的計(jì)數(shù)器組成，完成對(duì)PWM調(diào)制后的信號(hào)的量化 和編碼。編碼后的信號(hào)在觸發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖的作用下由鎖存器完成對(duì)數(shù)字信號(hào)的 鎖存。而邏輯控制電路根據(jù)外界輸入信號(hào)的狀態(tài)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。
4[0017]圖2所示為PWM調(diào)制器的工作原理示意圖，PWM調(diào)制電路由三角波發(fā)生器以及比 較器(Comp)組成。由振蕩器(OSC)輸出的一個(gè)三角波信號(hào)以一定的頻率對(duì)輸入模擬信號(hào) 進(jìn)行采樣調(diào)制，并將模擬信號(hào)的幅度變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比(Duty)變化的調(diào)制信號(hào)。三角 波發(fā)生器輸出的振蕩信號(hào)Vosc的頻率比輸入的模擬信號(hào)Vin的頻率要高得多，二者經(jīng)過(guò)比 較器的比較后輸出一串占空比隨模擬信號(hào)幅度變化的信號(hào)，從而完成對(duì)輸入模擬信號(hào)的采 樣和調(diào)制。在實(shí)際使用時(shí)，對(duì)于不同的模擬輸入信號(hào)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電容Cc的大小以達(dá)到 合適的采樣效果。圖3為PWM調(diào)制信號(hào)示意圖，Vosc為原來(lái)輸入的振蕩信號(hào)，Vin為經(jīng)過(guò)信 號(hào)調(diào)節(jié)后的模擬輸入信號(hào)，Vout為經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)。在完成PWM調(diào)制之后，即可對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行量化和編碼。圖4所示為一種采 用帶有異步清零功能的JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)串行轉(zhuǎn)并行輸出的編碼電路，JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù) 器對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并以計(jì)數(shù)得到的時(shí)鐘信號(hào)的周期個(gè)數(shù)表示模擬信號(hào)幅度的大小， 使得該電路的工作時(shí)序滿足PWM模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需要的量化和編碼功能。Clk接收的是來(lái)自 振蕩器輸出的量化時(shí)鐘信號(hào)，在PWM調(diào)制信號(hào)的控制下該電路執(zhí)行對(duì)量化時(shí)鐘信號(hào)周期的 計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)的結(jié)果通過(guò)DO Dn的并行口輸出。傳統(tǒng)的ADC中采樣后需要在垂直于時(shí) 間軸的方向上量化，而采用PWM調(diào)制采樣后輸入模擬信號(hào)的幅度變化已經(jīng)被轉(zhuǎn)換到時(shí)間軸 上，因此此時(shí)的量化要相對(duì)簡(jiǎn)單的多。使用一個(gè)固定頻率的方波信號(hào)對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行 量化，其具體的工作時(shí)序如圖5所示，圖5所示為模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號(hào)量化過(guò)程的時(shí)序。用一個(gè)頻率較高的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)PWM 調(diào)制后的占空比信號(hào)進(jìn)行衡量，并以輸出時(shí)鐘信號(hào)的周期個(gè)數(shù)代表此時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制后信號(hào) 的占空比，也反映了輸入模擬信號(hào)幅度的變化。當(dāng)占空比信號(hào)為低電平期間，量化后輸出的 信號(hào)被置為高電平，僅僅使用一串帶有異步清零功能的計(jì)數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)上述的功能，因此 電路并不復(fù)雜，這再次體現(xiàn)了該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單高效的特性。圖6所示為模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號(hào)的編碼過(guò)程時(shí)序，由一系列的計(jì)數(shù)器完成，將串行輸 入的量化后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為幾位通過(guò)DO Dn并行口并行輸出的數(shù)據(jù)。編碼后輸出的信號(hào)還 必須要經(jīng)過(guò)鎖存才能并行輸出數(shù)據(jù)給下一級(jí)的處理單元，所以在信號(hào)的量化和編碼后必須 設(shè)置一個(gè)鎖存器，鎖存器的鎖存信號(hào)由PWM調(diào)制后輸出的信號(hào)經(jīng)觸發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生，使用此 信號(hào)在圖6中箭頭所示的位置對(duì)編碼輸出的信號(hào)進(jìn)行鎖存，其目的是使得一個(gè)采樣周期內(nèi) 并行輸出的數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定，使用多個(gè)D鎖存器以并列的方式組合即可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的鎖存。 此外，鎖存信號(hào)與編碼后輸出的信號(hào)在時(shí)序上的先后關(guān)系可以通過(guò)修改觸發(fā)發(fā)生器的延遲 時(shí)間以達(dá)到滿意的效果。盡管本實(shí)用新型通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)其作出了清晰而完整的描述，但是本實(shí)用新型 不僅僅限于此，并且對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，基于本實(shí)用新型而作出的所有的改進(jìn)和選 擇，是可能發(fā)生的并且都包括在本實(shí)用新型之中。
權(quán)利要求一種PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，設(shè)置于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，該電路的轉(zhuǎn)換過(guò)程包括采樣、量化和編碼，其特征在于采用PWM調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣，以及與此采樣電路相配合的對(duì)信號(hào)量化和編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于該模數(shù)轉(zhuǎn)換器所依托的 電路依次由信號(hào)調(diào)節(jié)電路、PWM調(diào)制電路、量化和編碼電路、信號(hào)鎖存器組成，鎖存器的觸發(fā) 脈沖信號(hào)由PWM調(diào)制后輸出的信號(hào)經(jīng)觸發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生，邏輯控制電路則根據(jù)外界輸入信號(hào) 的狀態(tài)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，振蕩電路輸出三角波信號(hào)以一定的頻率對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行 采樣調(diào)制，并將模擬信號(hào)的幅度變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比變化的調(diào)制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于原始模擬信號(hào)輸入后，由 信號(hào)調(diào)節(jié)電路濾波和放大信號(hào)，信號(hào)調(diào)節(jié)電路由運(yùn)算放大器以及電阻、電容組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于經(jīng)過(guò)過(guò)濾和放大的信號(hào) 輸出到PWM調(diào)制電路完成信號(hào)的采樣和調(diào)制，PWM調(diào)制電路由三角波發(fā)生器以及比較器組 成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)輸出到 量化和編碼電路對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行量化和編碼，量化和編碼電路由一系列的帶有異步清零功 能的計(jì)數(shù)器組成，完成對(duì)PWM調(diào)制后的信號(hào)的量化和編碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于經(jīng)過(guò)量化編碼后的信號(hào) 由一系列的JK觸發(fā)器進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換并將數(shù)據(jù)由并行口輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于并行輸出的信號(hào)在觸發(fā) 發(fā)生器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖的作用下由鎖存器完成對(duì)數(shù)字信號(hào)的鎖存。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種PWM調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，設(shè)置于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。其轉(zhuǎn)換過(guò)程包括采樣、量化和編碼，所依托的電路依次由信號(hào)調(diào)節(jié)電路、PWM調(diào)制電路、量化和編碼電路、信號(hào)鎖存器組成，鎖存器的觸發(fā)脈沖信號(hào)由PWM調(diào)制后輸出的信號(hào)經(jīng)觸發(fā)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，邏輯控制電路則根據(jù)外界輸入信號(hào)的狀態(tài)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。振蕩電路輸出三角波信號(hào)以一定的頻率對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采樣調(diào)制，并將模擬信號(hào)的幅度變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比變化的調(diào)制信號(hào)。本實(shí)用新型滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗較低、轉(zhuǎn)換精度高的應(yīng)用需求，可以廣泛地使用在觸摸屏驅(qū)動(dòng)、溫度檢測(cè)等對(duì)速度要求不太高的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H03M3/00GK201656958SQ20102011319
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者高宗禮 申請(qǐng)人:廣東歐珀移動(dòng)通信有限公司