一种数模信号转换的方法及数模信号转换装置 【技术领域】
本发明涉及一种电路设计中数字信号转换成模拟信号时的信号处理方法，特别是一种应用于具有由最大值向最小值跳变或由最小值向最大值跳变的数字信号的数模信号转换的方法。
本发明同时还涉及一种采用该方法的数模信号转换装置。
技术背景
在集成电路设计中，数字信号有时要通过数模转换器转换成为模拟信号才可以被应用，这主要通过数模转换电路来完成。在进行数模转换时，如果采用一般的数模转换电路，则当数字信号中出现最大值向最小值跳变，或者最小值向最大值跳变时，则转换产生的模拟信号将会在跳变处产生较大的冲击电压，这对于模拟信号很不利。
【发明内容】
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种方法简单、可消除数模信号转换时所产生的冲击电压的数模信号转换的方法。
本发明同时还提供一种结构简单、可消除冲击电压的数模信号转换装置。
为了解决上述技术问题，本发明所采取地技术方案是：一种数模信号转换的方法，应用于具有由最大值向最小值跳变或由最小值向最大值跳变的数字信号，在将所述数字信号输入数模转换器之前，通过在跳变处增加多个中间值的方法，将所述数字信号的最大值向最小值跳变转换成由最大值向最小值逐级降低，将所述数字信号的由最小值向最大值跳变转换成由最小值向最大值逐级升高，最后再将经过这种处理的数字信号输入数模转换器进行数模转换，产生对应的模拟信号。
所述中间值的数值可以通过公式计算得到，其公式为：第n个中间值的数值＝数字信号的最大值-n*(数字信号的最大值-数字信号的最小值)/(m+1)，其中m为中间值的总数，n、m均为整数，且n≤m。
所述中间值可以在多个选择信号的选择下增加到所述数字信号内的。
当所述数字信号没有出现所述跳变时，如果数字信号当前为最大值，则第一个选择信号可以保持高电平状态，其它选择信号可以保持低电平状态；如果数字信号当前为最小值，则所有选择信号均保持低电平状态。
当所述数字信号出现由最大值向最小值跳变时，可以触发产生所述选择信号中的第一个选择信号的下降沿，所述选择信号中的其它选择信号的上升沿可以由其前一个选择信号的下降沿触发产生。
当第x个选择信号的下降沿到来时，数字信号的由最大值向最小值跳变处可以增加第x个中间值，其中x为整数，且x≤中间值的总数。
当所述数字信号出现由最小值向最大值跳变时，可以触发产生所述选择信号中的最后一个选择信号的上升沿，其它选择信号的上升沿由其后一个选择信号的下降沿触发产生。
当第k个选择信号的上升沿到来时，数字信号的由最小值向最大值跳变处可以增加第(k-1)个中间值，其中k为整数，且1＜k≤选择信号的总数。
一种采用权利要求1所述方法的数模信号转换装置，包括数模转换器，还包括数字信号处理器，用于输入数字信号，并当所述数字信号具有由最大值向最小值跳变或由最小值向最大值跳变时，在所述的跳变处增加中间值，从而输出跳变处为逐级渐变的处理后数字信号，所述数模转换器接收来自所述数字信号处理器的处理后数字信号，经数模转换后输出对应的模拟信号。
所述数字信号处理器可以由数字信号运算单元、选择信号发生单元和信号选择器构成，所述数字信号运算单元用于根据输入的数字信号的最大值和最小值，产生一组包括多个中间值的数字信号，并输出至所述信号选择器的信号输入端；所述选择信号发生单元用于根据所述数字信号产生多个选择信号，并输入到所述信号选择器的控制端；所述信号选择器用于在所述选择信号的控制下，选择输出来自所述数字信号运算单元数字信号为所述处理后数字信号。
在上述技术方案中，本发明所提供的数模信号转换方法，由于在数字信号的最大值和最小值之间的跳变处，增加了若干中间值，从而使其跳变过程变得比较平滑，这种平滑的下降和上升的数字信号在经过普通的数模转换器处理时，不会产生冲击电压，从而优化了转换后的模拟信号。本发明所提供的数模信号转换装置，通过数字信号处理器对存在跳变的数字信号进行增加中间值的逐级渐变处理，其结构简单、实施容易、成本低廉，但可明显消除数模转换后的模拟信号的冲击电压。因此，本发明的方法及其装置相对现有技术，具有简单、实用、成本低廉、信号转换效果好等特点。
【附图说明】
附图1为现有技术中数模转换装置的电路原理方框图；
附图2为图1中数模转换装置的转换信号波形图；
附图3为本发明的数模信号转换装置的电路原理方框图；
附图4为本发明的数模信号转换装置的一种较佳实施例的数字信号处理器电路原理方框图；
附图5为本发明的转换信号波形图。
【具体实施方式】
为了清楚的说明本发明，首先参考说明书附图中图1、图2对现有技术进行进一步分析。
如图1所示，现有技术中将数字信号转换成模拟信号，是通过数模转换器来实现的。
如图2所示，数字信号为高电平时，对应的数值为D_top，当为低电平时，对应的数值为D_bottom，转换为模拟信号后对应的电压为A_top和A_bottom。当数字信号从高电平变为低电平，即其对应的数值从最大值D_top降低到最小值D_bottom时，模拟信号从电压A_top变为A_bottom，反之亦然。但是图1所示的结构中，在这种跳变转换过程中，由于数模转换器的反应速度比跳变速度慢，再加上电容的冲放电，经常会带来很强的冲击电压，从而严重影响了转换后的模拟信号，使电路发生故障或误动作。
本发明的目的就是消除这些冲击电压，优化信号转换效果。
下面将结合说明书附图中图3、图4、图5及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种数模信号转换的方法，应用于具有由最大值向最小值跳变或由最小值向最大值跳变的数字信号，具体是：
在将所述数字信号输入数模转换器之前，通过在跳变处增加多个中间值的方法，将所述数字信号的最大值向最小值跳变转换成由最大值向最小值逐级降低，将所述数字信号的由最小值向最大值跳变转换成由最小值向最大值逐级升高，最后再将经过这种处理的数字信号输入数模转换器进行数模转换，产生对应的模拟信号。
参考图3，本发明同时提供一种数模信号转换装置，包括数模转换器和数字信号处理器。
所述数字信号处理器用于输入数字信号，并当所述数字信号具有由最大值向最小值跳变或由最小值向最大值跳变时，在所述的跳变处增加中间值，从而输出跳变处为逐级渐变的处理后数字信号，所述数模转换器接收来自所述数字信号处理器的处理后数字信号，经数模转换后输出对应的模拟信号。从而达到消除跳变处的模拟信号的冲击电压的目的。
图4所示为所述数字信号处理器的一种较佳实施方案。其中由数字信号运算单元、选择信号发生单元和信号选择器构成。
所述数字信号运算单元用于根据输入的数字信号的最大值和最小值，产生一组包括多个中间值的数字信号，并输出至所述信号选择器的信号输入端。所述数字信号运算单元输出的数字信号包括输入的数字信号的最大值、最小值以及介于所述最大值和最小值之间的多个中间值。
所述中间值的数值的计算方法是：
第n个中间值的数值＝数字信号的最大值-n*(数字信号的最大值-数字信号的最小值)/(m+1)，其中m为中间值的总数，n、m均为整数，且n≤m。
所述选择信号发生单元用于根据所述数字信号产生多个选择信号，并输入到所述信号选择器的控制端。所述中间值是在多个选择信号的选择下增加到所述数字信号内的。
所述信号选择器用于在所述选择信号的控制下，选择输出来自所述数字信号运算单元数字信号为所述处理后数字信号。
本实施例中，所述数字信号运算单元具体由加、减、乘、除数字电路实现。所述选择信号发生单元可以通过D触发器实现，所述信号选择器可以采用普通信号选择电路实现。其结构均为本领域内普通的数字电路技术，普通技术人员无需经过创造性劳动即可实现，因此不祥述。
下面结合图5详细阐述本发明的数模信号转换的方法。
图5中，DA表示数字信号A，即数模信号转换装置的输入数字信号，DA_top为数字信号A的最大值，DA_bottom为数字信号A的最小值。
Level[0]～Level[3]分别表示4个选择信号。
DB表示图3和图4中所示数字信号B，即经过数字信号处理器输出的处理后数字信号，其中增加了3个中间值，使跳变处波形呈阶梯状逐级降低/升高，DB_top为处理后数字信号的最大值，DB_bottom为处理后数字信号的最小值。各个中间值的数值为：第n个中间值的数值＝DA_top-n*(DA_top-DA_bottom)/4，其中n≤3。
A表示模拟信号，A_top、A_bottom分别为DB_top、DB_bottom转换为模拟信号后对应的电压。
当所述数字信号DA没有出现所述跳变时，如果DA当前为最大值DA_top，则所述选择信号发生器使选择信号Level[0]保持高电平状态，选择信号Level[1]～Level[3]均保持低电平状态。这时，信号选择器选择所述运算单元输出的最大值输出，即DB为DB_top，则数模转换器的输出端输出模拟信号A为电压A_top。
如果DA当前为最小值DA_bottom，则所有选择信号均保持低电平状态，且信号选择器选择所述运算单元输出的最小值输出，即DB为DB_bottom，并且数模转换器的输出端输出模拟信号A为电压A_bottom。
当所述数字信号DA出现由最大值向最小值跳变时，触发产生选择信号Level[0]的下降沿，则信号选择器选择输出第一个中间值，从而处理后数字信号DB出现第一个中间值，其数值为：(3*DA_top+DA_bottom)/4。同时Level[0]的下降沿触发Level[1]出现上升沿。在经过一定时间的脉宽后，Level[1]的下降沿到来。这里的脉宽时间可以根据本发明的应用环境通过调整电路的时钟信号的个数或宽度即可实现。当Level[1]的下降沿到来时即触发Level[2]的上升沿，同时信号选择器选择输出第二个中间值，DB出现第二个中间值，其数值为：(2*DA_top+2*DA_bottom)/4。如此类推，则可得图5所示波形，其中，所述数字信号DA出现由最大值向最小值跳变时，除第一个选择信号外的其它选择信号的上升沿均由其前一个选择信号的下降沿触发产生。且当第x个选择信号的下降沿到来时，数字信号的由最大值向最小值跳变处增加第x个中间值，其中x为整数，且x≤中间值的总数m。
当最后一个选择信号Level[3]的下降沿到来时，信号选择器选择数字信号的最小值DA_bottom输出。
反之，当所述数字信号DA出现由最小值向最大值跳变时，触发产生所述选择信号中的最后一个选择信号Level[3]的上升沿，Level[2]的上升沿由Level[3]的下降沿触发，如此类推，除最后一个选择信号Level[3]外的其它选择信号的上升沿由其后一个选择信号的下降沿触发产生。因而，当第k个选择信号的上升沿到来时，数字信号的由最小值向最大值跳变处增加第(k-1)个中间值，其中k为整数，且1＜k≤选择信号的总数。当第一个选择信号的上升沿到来时，信号选择器选择输出数字信号的最大值DB_top。
由上述分析说明可见，根据本发明方法的模数信号转换装置输出模拟信号A的波形呈阶梯状逐级变化，因而消除了现有技术中冲击电压的现象，保证了模拟信号的良好性能。