一种可编程的非线性数模转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种可编程的非线性数模转换器，其特征在于：由软件预处理模块和可编程电路构成，所述可编程电路包括可编程计数器电路、积分电路、采样保持电路和补偿电路；所述软件预处理模块根据非线性关系输出可编程电路中可编程计数器所需的计数时间信号，由可编程计数器经脉宽控制积分电路，实现所需的模拟量输出。本发明专利技术是一种可编程的非线性ＤＡＣ，它的主要优势在于：在给定输入输出非线性关系的情况下，实现任意分辨率的非线性ＤＡＣ；结构简单，速度快，通用性强；不同的分辨率和不同的输入输出非线性曲线，通过软件预处理可使用同一个ＤＡＣ实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字信号与模拟量之间的转换装置，尤其是一种非线性 的数模转换器。
技术介绍
数字电子技术和计算机技术已经渗透到了各个领域，例如通信、网络、 控制系统、检测系统等。但是接口输入信号(如温度、位移)和输出信号(如 电压、图像信号)往往是模拟量，因此A/D和D/A必不可少。将数字信号转换为模拟信号叫数模转换(D/A),相应的电路叫D/A转换 器，简称DAC。它输出模拟电压V的大小与输入数字量大小成正比,=0式中，ii为二进制位数，D为二进制数值，k为比例系数。 其最低位的权值(LSB)为2"，最髙位的权值(MSB)为2"-',最大数字 量所对应的值，也叫满度值(FSR)。其分辨率表示DAC对模拟量的分辨能力， 它是最低有效位(LSB)所对应模拟量的值。由于满度值所代表的模拟值在不 同的应用中是可变的，因此分辨率通常用DAC二进制的位数来表示，如8位、 10位、12位，有时也表示成可见，DAC的量化方式是将取样电压转化为最小单位的整数倍，是一种 均匀量化方式。其转换结果参见附图l所示。要得到均匀间隔的b0—b7，在Yl上对应着均匀间隔的a0-a7， a0-a7可 用3位的二进制数据表示。但参见附图2，当需要实现非线性转换输出时， 对于Y2而言，均匀的b0—b7,对应着不均勾的a0-a7。不均匀的a0-a7不能 再用3位的二进制数据表示，须大于3位小于等于7位，具体数值由a0-a7的最小公约数或者精度决定。同理，若想得到均匀间隔的b0-b255, Yl对应 着均匀间隔的a0-a255,可以采用8位的线性DAC实现Yl;相反，Y2对应 着不均匀的a0-a255，它需采用大于8位小于等于256位的线性DAC来实现。 但是对于线性DAC来说，大于20位的分辨率实现起来就已经很困难了。随着技术的发展，越来越多的领域需要非线性髙分辨率的D/A，如 OLED，空间光调制器等。因此，解决髙分辨率的非线性DAC问题变得越来 越重要。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种可编程的非线性数模转换器，在给定输入输出非 线性关系的情况下，实现任意分辨率的非线性数模转换；并且，通过软件预 处理实现对不同分辨率和不同的输入输出非线性曲线的转换。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是 一种可编程的非线性数模 转换器，由软件预处理模块和可编程电路构成，所述可编程电路包括可编程 计数器电路、积分电路、采样保持电路和补偿电路；所述软件预处理模块根 据非线性关系输出可编程计数器所需的计数时间值，由可编程计数器经脉宽 控制积分电路，实现所需的模拟量输出。上述技术方案中，所述软件预处理模块的拟合处理包括，给定曲线函数 关系式H(X)，根据灰度值m和函数关系式H(X)来确定输出值yn所对应的输入值x,其关系为^:/r1001^^—1;可编程计数器精度y从1变化到最大值A^，在每一个过程中，根据Xn的最大摆幅(即最大值和最小值之间的差)和计数器的精度j决定积分电路的单位值ra/^(y)-^f^，对ra/"e(y)进行2 -l有效数字取舍Iw/w(力i，以k"/w(力l为单位，重构输入值和输出值为少",7' 少",./xv"/一力，力x为取整和^^//(xj^w^ ,计算误差,找出最小值对应的精度j,并输出计数器所需的计数信号X"^V"),该信号以二进制形式输出如未给定曲线函数关系式时，首先找出曲线上的几个特征值，根据曲线拟 合公式，拟合出曲线的函数关系式凡二Jx〗+Sx:+Cl,^< ,，再采用上述方法找出最小误差对应的精度j，并输出相应的计数信号。软件预处理的结果存放在RAM中，以备可编程电路使用，存储的个数由 灰度级m决定，存储位数由计数器的位数决定。在可编程电路部分中，可编程计数器根据软件预处理的结果，自动调整时 钟周期和计数器的位数。计数器根据软件预处理部分输出的计数时间temp， 生成一个脉宽调制信号，该信号作为积分电路的积分信号。积分电路生成拟合 后的xn。补偿电路可抵消之前存在的所有固有误差。最后根据x与y的函数关 系，生成所需的y值。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点本专利技术是一种可编程的非线性DAC,它的主要优势在于在给定输入输 出非线性关系的情况下，实现任意分辨率的非线性DAC;结构简单，速度快， 通用性强；不同的分辨率和不同的输入输出非线性曲线，通过软件预处理可使 用同一个DAC实现。附图说明 图l是线性数模转换示意图； 图2是非线性数模转换示意图；图3是本专利技术实施例一中软件预处理模块的流程示意图图4是实施例二中空间光调制器的反射谱；图5是实施例二中空间光调制器驱动阵列电路结构示意图；图6是图5中单元像素的电路结构示意图；图7是实施例二中硬件电路结构框图；图8是256级分辨率的非线性DAC与原始曲线的比较。具体实施方式 下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述实施例一参见附图3所示， 一种可编程的非线性数模转换器(DAC),包括2个部分，软件预处理模块和可编程电路。软件预处理模块根据给定的非 线性关系和工作指标，通过软件处理，输出可编程电路中，可编程计数器所需 的计数时间信号。可编程电路部分包括可编程计数器电路、积分电路，采样保 持电路和补偿电路。软件预处理模块的主体流程如图3所示1、 在给定曲线函数关系式H(X)时，根据灰度值m和函数关系式H(X)来 确定输出值yn所对应的输入值x,其关系为 iT1001。—1;可编程计数器精度y从1变化到最大值y目w在每一个过程中，根据xn的最大摆幅(即最大 值和最小值之间的差)和计数器的精度j决定积分电路的单位值va/"e(j.)=Xmax-Xmn ，对ra/weC/)进行有效数字取舍卜"/"eC/)卜以卜"/一力|为单位，重构输入值和输出值为 v = y x ,x", 、 xv"/—yk为取整和 yw，,H(^)l。她,u计算ln」，找出最小值对应的精度j，并输出计数器所需的计数信号/ x(^^),该信号以二进制形式输出。2、 在未给定曲线函数关系式H(X)时，首先找出曲线上的几个特征值。根 据曲线拟合公式，拟合出曲线的函数关系式凡-^c〗+^x:+Cl,^,，,，剩下的过程同步骤一。软件预处理的结果存放在RAM中，以备可编程电路使用。 在可编程电路部分中，可编程计数器根据软件预处理的结果，自动调整时 钟周期和计数器的位数。计数器根据软件预处理输出的计数器计数信号temp, 生成一个脉宽调制信号，该信号作为积分电路的积分信号。积分电路生成拟合 后的xn。补偿电路可抵消之前存在的所有固有误差。最后根据x与y的函数关 系，生成所需的y值。实施例二可编程的非线性数模转换器在空间光调制器的驱动电路中的 应用。空间光调制器的特征是非线性反射谱线，超快的器件响应速度，较低 的功耗和较小的面积。髙速，简小，髙分辨率，全摆幅的输出电压是空间光 调制器驱动电路必须具备的基本性能。但要实现上述基本性能，在驱动电路的研制过程中，存在3大瓶颈，即，①驱动电压与多量子阱空间光调制器的 非线性关系，②空间光调制器皮秒级的响应速度和CMOS电路纳秒级的速度 的差距，③空间光调制器象素单元几十平方微米的面积限制。本实施例通过应用本专利技术的可编程的非线性数模转换器，成功地解决了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程的非线性数模转换器，其特征在于：由软件预处理模块和可编程电路构成，所述可编程电路包括可编程计数器电路、积分电路、采样保持电路和补偿电路；所述软件预处理模块根据非线性关系输出拟合后的逼近值，由可编程计数器经脉宽控制积分电路，实现所需的模拟量输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兰，马文龙，张耀辉，
申请(专利权)人：苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]