[发明专利]改进数/模转换器的线性控制电路

说明书

本发明是关于数-模转换器（DAC），更具体地说，是关于电测量仪器所用的转换器。更详细地说，本发明是关于因输入电压源之间的阻抗不匹配而出现在众所周知的数-模转换器中的非线性问题的校正。

在现有技术的电测量仪器中，大家都知道，可采用较为固定的频率（约在15赫到10千赫的范围之间）和占空因数可调节的开关信号。这种信号经过滤波，最后得出模拟直流电压，再经过缓冲就可用于仪表的输出端。现有技术中采用了各式各样的方法来调制、转换和过滤脉冲宽度调制信号。但众所周知，使用面较广的一些方法都带来了线性问题。

这些方法中有一种是采用脉冲宽度调制器（PWM）产生PWM信号，信号在输入端经滤波之后加到一个不倒相放大器上。但众所周知，不倒相放大器也存在非线性问题。

周知的减小非线性度的一种方法是在DAC中采用倒相放大器。但这种线路显然更为复杂，而且比起使用不倒相放大器在性能方面要求得更严格得多。

举例说，为使输出信号具有正确的极性，需要有一个第二倒相级。此外，为采用灵敏的零检测和校准法转换测量仪器中的信号，需要带有精确放大器的精确电路。增设的这样线路给诸信号带来了干扰，从而对测量仪器的精确度有不利的影响。

在DAC的输入端采用倒相放大器还有另一个缺点，即必须在采用倒相放大器的线路的环路中，而不是在放大器的输入端上设滤波电路。这种滤波电路，特别是多极滤波器可能会引起严重的稳定问题，而这些问题还得以进一步修改线路来解决。

再有，由于滤波器需要装设在倒相放大器的反馈回路中，因而加到放大器上的信号是一些高频信号。因此为满足回路在增益上的要求，就要求倒相放大器具有精确、稳定的高频特性。也就是说，用倒相放大器校正非线性问题时需要一些高频放大器。

这样，在现有技术中就需要对给DAC提供PWM信号的各输入电路中出现的线性度进行补偿。更具体地说，需要解决DAC输入电路中出现的非线性问题，但同时不应给电路带来另一些难题，也不需更复杂更昂贵的线路。

另一种周知的减小非线性度的方法是利用软件控制，测定诸串联和并联开关的失配电阻值，这种方法仍然使用不倒相放大器，但避免了采用倒相放大器有关的种种困难。于是由软件计算出预期的因这种失配所产生的非线性度，再用一些计算方法校正所测出的输出电压的假定的非线性度。

然而，软件校正法本来就不能实时进行，而且显然在实际利用这个方法之前需要花很大代价对输出信号进行处理。

因此目前在现有技术中需要有一个能实时校正从PWM经由串并联电路加到DAC的信号的线性度而无需进行另外的计算步骤来估算和/或校正非线性度的方法。

因此本发明的首要目的是解决现有技术中的上述难题，更具体地说，是提供一种接收PWM输入信号的DAC电路用的线性度校正装置。

本发明更具体的一个目的是提供一种克服给一个输入放大器提供两种电压电平的两个开关装置之间阻抗不匹配而引起的非线性度的线性度校正装置。

本发明的又一个目的是校正给DAC的输入放大器提供两种电压电平的若干输入开关因阻抗匹配不当所引起的非线性度，而无需使用倒相放大器。

本发明的再一个目的是提供一种供加到一个不倒相放大器的开关输入电压用的线性度校正输入电路，在该电路中，在开关装置与放大器的输入端之间配备有一个滤波器。

根据本发明的上述目的，本发明提供了这样一种线性度补偿电路，该电路工作时可用以补偿给一个数-模转换器提供由不同电压组成的调制信号的至少两个开关器件之间存在的电阻差值。该DAC具有一个通过至少两个开关器件接收若干不同的电压的输入放大器。线性度补偿电路包括第一装置和第二装置，第一装置用以基本消除其中一个开关器件的电阻对通过该开关器件加到输入放大器的第一电压的影响，第二装置则用以消除另一个开关器件的电阻对通过该开关器件加到输入放大器的第二电压的影响。

根据本发明，第一装置包括一参考电压源，该参考电压源装有一个可控放大器，该可控放大器有一个电压检测线路，用以维持电压源供到输入放大器的一个输入端上大体上恒定的电压。参考电压源是在第一开关器件两端检测的，从而在第一开关的另一侧产生精确的电压。这种配置方式消除了第一开关装置可能引起的任何电压降。值得注意的是，第二装置包括有反馈输入放大器的输出电压用的反馈装置，该反馈装置是为收集大致上所有与加到输入放大器的第二电压有关的电流而设的，从而消除来自其它开关器件的电流。因此这种配置方式消除了第二开关器件的任何电阻对加到输入放大器的第二电压的影响。