一种结合PWM思想提高DAC精度的方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711064907.4
(22)申请日 2017.11.02
(71)申请人 深圳市太铭科技有限公司
地址 518000 广东省深圳市前海深港合作
区前湾一路1号A栋201室（入驻深圳市
前海商务秘书有限公司）
(72)发明人 洪治　
(74)专利代理机构 北京华仲龙腾专利代理事务
所(普通合伙) 11548
代理人 黄玉珏
(51)Int.Cl.
H03M 1/06(2006.01)
H03M 1/66(2006.01)
(54)发明名称
一种结合PWM思想提高DAC精度的方法
(57)摘要
本发明公开了一种结合PWM思想提高DAC精
度的方法，通过将常用的较低精度DAC通过精细
划分时间片的方式，每个时间片输出不同的DAC
值，相当于模拟PWM，然后经过硬件滤波，可以得
到稳定的高精度DAC输出。

此方法可以在不显著
增加成本、不增加功耗、不降低压控范围的情况
下极大提高DAC精度，同时可以将12位DAC提高到
20位，这样±1ppm压控范围的OCXO分辨率即为
2E-12左右，可以满足高精度授时守时系统要求，
为高精度授时守时系统提供保障，另外，在自动
仪器测量、校准设备、激光微调器和医学电子等
应用领域也时常要求16位以上精度，此方法均可
作为参考。

权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 107846221 A 2018.03.27
C N 107846221
A
1.一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将常用的较低精度DAC通过精细划分时间片的方式，每个时间片输出不同的DAC值；S2：模拟PWM，将不同的DAC值经过硬件滤波；
S3：输出滤波后的DAC值即得高精度DAC值。

2.根据权利要求1所述的一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，其特征在于：所述方法通过精细划分时间片，划分时间片通过定时器精确计时划分，并精确控制时间片宽度，时间片宽度可根据实际需求设置为us量级。

3.根据权利要求1所述的一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，其特征在于：所述精细时间片输出不同DAC值，不同DAC值为一定时间内差值为1的低精度DAC整数值，经过硬件滤波后在此时间内输出的DAC值即为精确到小数值的DAC值。

4.根据权利要求1所述的一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，其特征在于：所述步骤S2经过硬件滤波产生精确到小数值的DAC值，硬件滤波为低通滤波，可采用二级RC滤波电路，将DAC输出的高频滤除，即可得到稳定的高精度DAC模拟电平信号。

5.根据权利要求4所述的一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，其特征在于：所述二级RC滤波电路可在原电路基础上进行改进，模拟的DAC电平信号可通过软件实现。

权　利　要　求　书1/1页CN 107846221 A
一种结合PWM思想提高DAC精度的方法
技术领域
[0001]本发明涉及到通信设备的时间同步和时钟同步技术领域，具体为一种结合PWM思想提高DAC精度的方法。

背景技术
[0002]目前的通信网络对时间同步和时钟同步的要求越来越高，而全球环境恶化，自然灾害频发，要保证授时系统的稳定和持续不断，一方面需要采取多参考源冗余备份，另外一方面需要在参考源失效的情况下，在一定时间内仍保持高精度的守时能力，由于TD-SCDMA、WiMax、电力同步网等新一代时钟同步网要求时间的保持能力为24小时1.5us，此指标相当于24小时平均频率偏移量为1.74E-11，是非常苛刻的指标。

[0003]以上要求本地时钟具有非常高的稳定度及守时能力，通常采用原子钟和OCXO两种方案，而原子钟由于价格昂贵、维护困难，OCXO方案使用更加广泛。

由于OCXO日偏移量通常在E-10量级，而要满足24小时1.5us的指标需要平均偏移量小于1.74E-11，显然需要通过算法控制OCXO压控端以补偿频偏才能满足。

通常OCXO的压控范围在±1ppm左右，以16位DAC为例，则压控分辨率为2ppm/65536，即3.0E-11，已经超出了平均频率偏移量小于1.74E-11的指标，在做补偿算法时是基本无法实现1.5us/24hrs指标的，所以DAC精度必须提高。

[0004]目前行业内提高DAC控制精度的做法主要有两种：1)降低OCXO压控范围。

由于DAC 产生的电压最终是用于控制OCXO的，在DAC本身精度不能再提高的情况下，通过降低OCXO的压控范围，也相当于提高了压控精度。

但是这样牺牲了压控范围，由于晶振存在老化特性，频率会随时间偏移，如果超出了压控范围，该晶振将无法调准，也就无法使用，所以这种做法相当于降低了OCXO的使用寿命；2)直接购买高精度DAC芯片，此做法一方面高精度DAC芯片意味着高成本，另一方面由于国外技术封锁，目前国内能买到的最高精度DAC仅为16位，依旧不能满足要求。

发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，可以将12位DAC提高到20位，这样±1ppm压控范围的OCXO分辨率即为2E-12左右，可以满足高精度授时守时系统要求，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将常用的较低精度DAC通过精细划分时间片的方式，每个时间片输出不同的DAC值；
[0009]S2：模拟PWM，将不同的DAC值经过硬件滤波；
[0010]S3：输出滤波后的DAC值即得高精度DAC值。

[0011]优选的，所述方法通过精细划分时间片，划分时间片通过定时器精确计时划分，并精确控制时间片宽度，时间片宽度可根据实际需求设置为us量级。

[0012]优选的，所述精细时间片输出不同DAC值，不同DAC值为一定时间内差值为1的低精度DAC整数值，经过硬件滤波后在此时间内输出的DAC值即为精确到小数值的DAC值。

[0013]优选的，所述步骤S2经过硬件滤波产生精确到小数值的DAC值，硬件滤波为低通滤波，可采用二级RC滤波电路，将DAC输出的高频滤除，即可得到稳定的高精度DAC模拟电平信号。

[0014]优选的，所述二级RC滤波电路可在原电路基础上进行改进，模拟的DAC电平信号可通过软件实现。

[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0016]本结合PWM思想提高DAC精度的方法，可以将12位DAC提高到20位，这样±1ppm压控范围的OCXO分辨率即为2E-12左右，可以满足高精度授时守时系统要求，可以在不显著增加成本、不增加功耗、不降低压控范围的情况下极大提高DAC精度，为高精度授时守时系统提供保障，另外，在自动仪器测量、校准设备、激光微调器和医学电子等应用领域也时常要求16位以上精度，此方法均可作为参考。

附图说明
[0017]图1为本发明的整体方案框图；
[0018]图2为本发明实施例一结构框图；
[0019]图3为本发明的实施例一数表图。

具体实施方式
[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021]请参阅图1，本发明实施例中：一种结合PWM思想提高DAC精度的方法，包括以下步骤：
[0022]第一步：将常用的较低精度DAC通过精细划分时间片的方式，每个时间片输出不同的DAC值；通过精细划分时间片，划分时间片通过定时器精确计时划分，并精确控制时间片宽度，时间片宽度可根据实际需求设置为us量级；
[0023]第二步：模拟PWM，将不同的DAC值经过硬件滤波；精细时间片输出不同DAC值，不同DAC值为一定时间内差值为1的低精度DAC整数值，经过硬件滤波后在此时间内输出的DAC值即为精确到小数值的DAC值；硬件滤波为低通滤波，可采用二级RC滤波电路，将DAC输出的高频滤除，即可得到稳定的高精度DAC模拟电平信号，二级RC滤波电路可在原电路基础上进行改进，模拟的DAC电平信号可通过软件实现，不会显著增加成本、空间和功耗
[0024]第三步：输出滤波后的DAC值即得高精度DAC值。

[0025]具体实施例一：
[0026]参阅图2，基于上述方案描述，以12位DAC实现20位DAC精度为例，剩余8位通过PWM 实现，其原理在于，设定每一份时间片长度为100us，每个100us时间片输出不同的DAC值，256(8位)份为一个周期，不断循环，直到DAC值改变，又会改变一个周期(256份)的占空比，
如此循环不断，形成PWM波形，经过硬件低通滤波电路后产生的模拟电平可实现20位DAC精度。

[0027]参阅图3，为了便于图示说明，上述实施例一仅以提高10倍精度为例，将DAC整数输出精度变成小数输出精度，比如12位DAC无法输出相当于DAC值2047.6的电压，利用本方法可以设定时间片为100us，10个时间片为周期，不同的时间片输出不同DAC整数值，让6个时间片输出2048，4个时间片输出2047，如此不断循环，直至写入下一个DAC值，这样经过低通滤波生成的DAC模拟电压值就相当于2047.6的DAC值。

[0028]工作原理：本结合PWM思想提高DAC精度的方法，重点在于在低DAC精度，可以是8位、12位、16位DAC等，通过本方法能极大提高DAC精度；同时结合PWM，精细时间片可以根据实际情况放大缩小，以实现所要精度为准，但时间片精度必须通过定时器控制，否则会影响最终的DAC高精度实现，其硬件滤波，一般为低通滤波，滤掉高频，得到稳定的低频电压信号，其滤波电路包括但不局限于RC二次滤波电路。

[0029]综上所述：本结合PWM思想提高DAC精度的方法，可以将12位DAC提高到20位，这样±1ppm压控范围的OCXO分辨率即为2E-12左右，可以满足高精度授时守时系统要求，可以在不显著增加成本、不增加功耗、不降低压控范围的情况下极大提高DAC精度，为高精度授时守时系统提供保障，另外，在自动仪器测量、校准设备、激光微调器和医学电子等应用领域也时常要求16位以上精度，此方法均可作为参考。

[0030]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

图1
图2
图3。