一種信號校準電路及信號校準方法與流程
2023-05-20 05:38:56 2
本發明涉及信號處理領域，特別是涉及一種信號校準電路及信號校準方法。
背景技術：
sony/philipsdigitalinterfaceformat是sony、philips數字音頻接口的簡稱。就傳輸方式而言，spdif分為輸出(spdifout)和輸入(spdifin)兩種。目前大多數的音效卡晶片都能夠支持spdifout，但我們需要注意，並不是每一種產品都會提供數碼接口。而支持spdifin的音效卡晶片則相對少一些，如：emu10k1、ymf-744和fm801-au、cmi8738等。spdifin在音效卡上的典型應用就是cdspdif，但也並不是每一種支持spdifin的音效卡都提供這個接口。
但是在音頻信號由模擬信號轉化為數位訊號時，信號的脈衝往往會發生偏移，影響信號的準確性，造成信號的失真。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題是提供一種信號校準電路及信號校準方法，能夠使在對模擬信號轉化為數位訊號的過程中產生的脈衝佔空比的偏移量進行校準修正，防止信號在轉換過程中失真。
為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：提供一種信號校準電路，該電路包括：模數轉換電路，耦接待測電路的輸出端，用於獲取待測電路輸出的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號；校準信號產生電路，用於產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號；校準電路，耦接模數轉換電路及校準信號產生電路，用於獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準 後的信號；其中，第一信號為預定信號，或者為校準電路輸出的校準後的信號。
其中，校準信號產生電路包括第一電阻串、第二電阻串、電壓輸入端、電壓輸出端、參考電壓端、至少一個第一電子開關以及至少一個第二電子開關；第一電阻串包括第一端、第二端以及第一端和第二端之間依次串聯的多個第一電阻；其中，至少一個第一電阻的至少一端通過一第一電子開關連接電壓輸入端；第二電阻串包括第三端、第四端以及第三端和第四端之間依次串聯的多個第二電阻；其中，至少一個第二電阻的至少一端通過一第二電子開關連接參考電壓端；電壓輸出端連接第二端以及第三端。
其中，第一電阻的阻值大於第二電阻的阻值。
其中，校準信號產生電路包括第三電阻串；第三電阻串包括第五端、第六端以及第五端和第六端之間依次串聯的多個第三電阻；電壓輸出端連接任意兩個相鄰的第三電阻之間。
其中，第一電阻的數量為十六個，阻值為1/4個單位電阻，任意兩個第一電阻中，每個第一電阻的兩端分別通過一個第一電子開關連接電壓輸入端；第二電阻的數量為四個，阻值為1/16個單位電阻，任意兩個第二電阻中，每個第二電阻的兩端分別通過一個第二電子開關連接參考電壓端；第三電阻的數量為三十一個，阻值為1個單位電阻，任意一個第三電阻的任意一端連接電壓輸出端。
其中，模數轉換電路包括電容、場效應管以及減法器；電容的第一端耦接待測電路的輸出端，電容的第二端耦接場效應管的漏極；場效應管的源極耦接減法器的反向輸入端，柵極接入一校準開啟信號；減法器的正向輸入端接入一參考信號，減法器的輸出端耦接校準電路。
其中，校準電路包括遲滯比較器；遲滯比較器的第一輸入端耦接模數轉換電路的輸出端，遲滯比較器的第二輸入端耦接校準信號產生電路的輸出端，遲滯比較器的輸出端用於輸出校準後的信號。
為解決上述技術問題，本發明採用的另一個技術方案是：提供一種信號校準方法，應用於如上的信號校準電路，其特徵在於，包括：模數 轉換電路獲取待測電路輸出的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號；校準信號產生電路產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號；校準電路獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準後的信號；其中，第一信號為預定信號，或者為校準電路輸出的校準後的信號。
其中，校準信號產生電路產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號的步驟，具體包括：輸出一預定校準信號並檢測校準電路輸出的校準後的信號；在校準後的信號為低電平時，調節校準信號，並在校準後的信號由低電平變為高電平時，獲取校準信號作為第一校準信號；並在校準後的信號為高電平時，調節校準信號，並在校準後的信號由高電平變為低電平時，獲取校準信號作為第二校準信號；輸出第三校準信號；其中，第三校準信號為第一校準信號和第二校準信號的平均值。
其中，在校準後的信號為低電平時，調節校準信號，並在校準後的信號由低電平變為高電平時，獲取校準信號作為第一校準信號的步驟，具體為：在校準後的信號為低電平時，增大校準信號的電壓，並在校準後的信號由低電平變為高電平時，獲取校準信號作為第一校準信號；在校準後的信號為高電平時，調節校準信號，並在校準後的信號由高電平變為低電平時，獲取校準信號作為第二校準信號的步驟，具體為：在校準後的信號為高電平時，減小校準信號的電壓，並在校準後的信號由高電平變為低電平時，獲取校準信號作為第二校準信號。
本發明的有益效果是：區別於現有技術的情況，本發明通過模數轉換電路耦接待測電路的輸出端，獲取待測電路輸出的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號；校準信號產生電路產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號；校準電路耦接模數轉換電路及校準信號產生電路，獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準後的信號。通過上述方式，能夠使在對模擬信號轉化為數位訊號的過程中產生的脈衝佔空比的偏移量進行校準修正，防止信號在轉換過程中失真，保證信號傳輸的穩定性。
附圖說明
圖1是本發明信號校準電路第一實施方式的結構示意圖。
圖2是本發明信號校準電路第二實施方式中模數轉換電路和校準電路的示意圖。
圖3是本發明信號校準電路第二實施方式中校準信號產生電路的示意圖。
圖4是本發明信號校準電路第二實施方式中va-vd的信號變化示意圖。
圖5是本發明信號校準電路第二實施方式中vd-vout的信號變化示意圖。
圖6是本發明第二實施方式中的校準信號產生電路的示意圖。
圖7是本發明信號校準方法一實施方式的流程圖。
圖8是本發明信號校準方法一實施方式中步驟702的波形示意圖。
圖9是本發明信號校準方法一實施方式中步驟702的波形對比示意圖。
圖10是本發明信號校準系統一實施方式的結構示意圖。
具體實施方式
參閱圖1，本發明信號校準電路第一實施方式的結構示意，該電路包括模數轉換電路101、校準信號產生電路102以及校準電路103。
模數轉換電路101，耦接待測電路100的輸出端，用於獲取待測電路100輸出的模擬信號va，並將模擬信號va轉化為數位訊號vd。
本實施方式中的校準電路103一般用於校準音頻信號，例如spdif的音頻信號，spdif是sony、philips家用數字音頻接口的簡稱，可以傳輸pcm流和dolbydigital、dts這類環繞聲壓縮音頻信號。所以在音效卡上添加spdif功能的最重大意義就在於讓電腦音效卡具備更加強大的設備擴展能力。音效卡支持spdifout以後，對於各種數字音頻解碼器，只要上面含有spdifin，我們就可以把它與電腦相連，從而實現相關功能。
或在其他實施方式中，校準電路103也可以用於校準除音頻信號外的其他信號，這些信號往往是可調節的模擬信號，因此在校準前，需要將模擬信號轉化為數位訊號。當然，如果待測電路輸出的信號本身就是數位訊號，則可以不需要模數轉換電路101來進行模數轉化。
具體地，以spdif音頻接口為例，spdif格式的音頻輸出比較注重spdifbf的脈衝輸出的佔空比。其中，spdifbf相當於本實施方式的模數轉換電路101，spdif相當於本實施方式的校準電路103。
校準信號產生電路102，用於產生校準信號vcm，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號。
一般情況下，第一信號是一預定信號，其值可以是任意設置的，也可以是預先根據經驗設置的一固定值。
校準電路103，耦接模數轉換電路101及校準信號產生電路102，用於獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準後的信號vout。
進一步地，校準信號產生電路102先將校準信號vcm設置為與第一信號一致。當該電路進行工作時，檢測校準電路103輸出的校準後的信號vout，根據校準後的信號vout的情況可以再次調節第一信號而形成不同於第一信號的第二信號、第三信號等等，最終經過多次校準調節，形成較為準確的第一信號，從而在調節校準信號vcm時更為精確。
其中，對數位訊號vd佔空比的偏移量的校準方式是多樣的，可以是增加或減小數位訊號vd的佔空比，也可以是對信號除了佔空比之外的其他參數進行調節，例如頻率、振幅等等。
另外，對於校準信號vcm的產生方法，除了上述提到的參考一預設的標準信號外，還可以是根據校準電路103輸出的校準後的信號vout作為參考，例如，若校準後的信號vout的脈衝佔空比依然存在偏移，可以繼續對校準信號vcm進行調節。
由於模擬信號va在傳遞過程中，或模擬信號va轉化為數位訊號vd的過程中，容易出現信號失真的情況，其佔空往往會有所偏移，即信號在進入spdif之前就發生了佔空比偏移。基於此，通過本發明在 spdif中將偏移量進行校準，利用一校準信號vcm對數位訊號vd進行校準，以使該數位訊號vd的佔空比的偏移量減小，接近理想的狀態，從而減少數位訊號vd的佔空比偏移，最後spdif輸出校準後的信號vout。
區別於現有技術，本實施方式通過模數轉換電路耦接待測電路的輸出端，獲取待測電路輸出的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號；校準信號產生電路產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號；校準電路耦接模數轉換電路及校準信號產生電路，獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準後的信號。通過上述方式，能夠使在對模擬信號轉化為數位訊號的過程中產生的脈衝佔空比的偏移量進行校準修正，防止信號在轉換過程中失真，保證信號傳輸的穩定性。
請同時參閱圖2、3，其中，圖2為本發明實施方式中信號校準電路模數轉換電路和校準電路的示意圖，圖3為本發明第一實施方式中校準信號產生電路示意圖。
其中，模數轉換電路201包括電容c、場效應管t以及減法器a；電容c的第一端耦接待測電路的輸出端，電容c的第二端耦接場效應管t的漏極；場效應管t的源極耦接減法器的反向輸入端，柵極接入一校準開啟信號rg_calib_en；減法器的正向輸入端接入一參考信號v1，減法器的輸出端耦接校準電路203。
其中，場效應管t相當於一開關，其柵極接入一準開啟信號rg_calib_en，當開啟校準後，即準開啟信號rg_calib_en為高電平，使得場效應管t導通，整個電路開始工作。另外，還可以在減法器a的反向輸入端增加電阻以控制待測信號va的幅值。
請同時參閱圖2和圖4，待測信號va為模擬信號，對應圖2中減法器a的反向輸入端的輸入信號，v1為一參考信號，對應於圖2中減法器a的正向輸入端的輸入信號。
減法器的原理為將正向輸入端的信號減去反向輸入端輸入的信號，即v1-va，若差為正數，則減法器a的輸出端輸出信號1，即高電平信 號，若差為負數，則減法器a的輸出端輸出信號0，即低電平信號，利用此原理能夠將模擬信號轉化為數位訊號。
在理想情況下，v1不發生變化，va由於是模擬信號，其電平不斷變化，當v1的電平高於va的電平時，減法器a輸出低電平，當v1的電平低於va的電平時，減法器a輸出高電平，即減法器a的輸出波形應當為圖4中右側虛線的脈衝波形，由於v1的幅值為va的一半，因此，理想的數位訊號vd(即減法器a輸出的脈衝信號)的佔空比為50％。
但是在實際情況下，減法器a會有所偏移，其實際的參考信號v1的電平值會高於理想狀態，相當於v1+vos，同樣根據上述減法器的原理得到的數位訊號vd的佔空比會小於50％，即圖4右側實線的脈衝波形。即實際波形的脈衝寬度會比理想波形的脈衝寬度窄2δt，其中δt為圖4中理想脈衝上升沿與實際脈衝上升沿之間的時間差。
校準信號產生電路202包括第一電阻串2021、第二電阻串2022、電壓輸入端2023、電壓輸出端2024、參考電壓端2025、至少一個第一電子開關2026以及至少一個第二電子開關2027。
其中，第一電阻串2021包括第一端、第二端以及第一端和第二端之間依次串聯的多個第一電阻；其中，至少一個第一電阻的至少一端通過一第一電子開關連接電壓輸入端；第二電阻串2022包括第三端、第四端以及第三端和第四端之間依次串聯的多個第二電阻；其中，至少一個第二電阻的至少一端通過一第二電子開關連接參考電壓端；電壓輸出端連接第二端以及第四端。
具體地，第一電阻串2021為多個依次串聯的第一電阻，第二電阻串2022為多個依次串聯的第二電阻，其中，第一電阻和第二電阻的數量和阻值是可以任意設置的。在一種實施方式中，多個第一電阻和多個第二電阻的阻值相等，第一電阻的數量等於第二電阻的數量。
每兩個第一電阻之間的節點通過一第一電子開關連接至輸入電壓端，每兩個第二電阻之間的節點通過一第二電子開關連接至參考電壓端。通過上述方式，能夠通過控制多個第一電子開關的開閉來調整電壓輸入端2023和電壓輸出端2024之間串聯的第一電阻數量(即調整電阻 值)，能夠通過控制多個第二電子開關的開閉來調整參考電壓端2025和電壓輸出端2024之間串聯的第二電阻數量，繼而使得輸出電壓端2024輸出的校準信號vcm在電壓輸入端2023輸入的電壓avdd與參考電壓端2025輸入的參考電壓avss之間按照一定的規律變化。可以知道，當第一電阻或第二電阻的數量越多，每次調節時，電壓輸出端輸出的校準信號vcm的變化幅度越小，調整越精確，相反，第一電阻或第二電阻的數量越少，電壓輸出端輸出的校準信號vcm的變化幅度越大，調整越粗糙。
校準電路203包括遲滯比較器b；遲滯比較器b的第一輸入端耦接模數轉換電路201的輸出端，遲滯比較器b的第二輸入端耦接校準信號產生電路202的輸出端，遲滯比較器b的輸出端用於輸出校準後的信號。
如圖5所示，減法器a的輸出信號vd輸入遲滯比較器b的第一輸入端，校準信號產生電路202輸出的校準信號vcm輸入遲滯比較器b的第二輸入端。
遲滯比較器可以根據第二輸入端信號的大小來控制第一輸入端信號的延遲，通過延遲能夠使脈衝信號的佔空比增大。
在校準信號vcm理想的情況下，數位訊號vd和校準信號vcm在經過校準電路203後，數位訊號vd的脈衝佔空比會得到校準。由於vout相比vd的佔空比變化的程度取決於校準信號vcm，因此往往需要多次校準，才能得到理想的輸出信號vout。
另外，還可以在校準電路中增加反相器，反相器的輸入端耦接遲滯比較器的輸出端，反相器的輸出端用於輸出校準後的信號。
參閱圖6，本發明第二實施方式中的校準信號產生電路的示意圖。
本實施方式與上述信號校準電路的不同在於校準信號產生電路，本實施方式的校準信號產生電路中，校準信號產生電路包括第一電阻串601、第二電阻串602及第三電阻串603；第三電阻串603包括第五端、第六端以及第五端和第六端之間依次串聯的多個第三電阻；電壓輸出端608連接任意兩個相鄰的第三電阻之間。
第三電阻串603的第五端連接第一電阻串601的第二端，第三電阻 串603的第六端連接第二電阻串602的第三端。
具體地，第一電阻的數量為十六個，阻值為1/4個單位電阻，任意兩個第一電阻中，每個第一電阻的兩端分別通過一個第一電子開關連接電壓輸入端；第二電阻的數量為四個，阻值為1/16個單位電阻，任意兩個第二電阻中，每個第二電阻的兩端分別通過一個第二電子開關連接參考電壓端；第三電阻的數量為三十一個，阻值為1個單位電阻，任意一個第三電阻的任意一端連接電壓輸出端。
假設avdd為3.3v，avss為-3.3v，則校準信號產生電路的電壓降為6.6v，通過第一電阻串、第二電阻串和第三電阻串的分壓作用，能夠將電壓減小並從電壓輸出端603輸出，再通過調節第一電子開關604或第二電子開關605，調節第一電阻串601或第二電阻串602中串聯電阻的數量，從而進一步對電路中的電壓進行調節。
具體地，其中電壓輸出端608的位置位於第三電阻串603中從第六端向第五端數第十七個電阻與第十八個電阻之間。
由上述電路連接，我們可以知道，第一電阻串601的第一端與電壓輸出端608之間的電阻為：1/4r*x+r*18，其中x為第一電阻串601中第一電阻的數量；
第二電阻串602的第四端與電壓輸出端608之間的電阻為：1/16r*y+r*13，其中y為第二電阻串602中第二電阻的數量；
因此，電壓輸出端608輸出的電壓為：
vcm＝6.6*(1/4r*x+r*18)/(1/4r*x+r*31+1/16r*y)-3.3。
例如，若x＝3，y＝4，則vcm≈0.567v；
例如，若x＝8，y＝2，則vcm≈0.685v；
由於第一電阻串的電阻較大，可用於粗調，第二電阻串的電阻較小，可用於微調，即可以先對第一電阻的數量進行調節，待誤差變小時，再對第二電阻的數量進行調節。
當然，本實施方式中的第一電阻串601、第二電阻串602、第三電阻串603的數量以及電阻值，電壓輸出端606以及參考電壓端607的電壓值，都是可以根據實際情況任意設置的，以上實施方式僅為舉例，並 不限制本發明的範圍。
區別於現有技術，本實施方式通過模數轉換電路耦接待測電路的輸出端，獲取待測電路輸出的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號；校準信號產生電路產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號；校準電路耦接模數轉換電路及校準信號產生電路，獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準後的信號。其中，校準信號產生電路通過多個串聯的電阻開分壓，並用電子開關控制串聯電阻的數量，能夠通過粗調和微調兩種方式調整產生的校準信號的大小，使得產生的校準信號變化範圍大，調節精度高，更加有利於對音頻信號的校準。
參閱圖7，本發明信號校準方法一實施方式的流程圖，該方法包括：
步驟701：模數轉換電路獲取待測電路輸出的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號。
步驟702：校準信號產生電路產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號。
步驟703：校準電路獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準後的信號。
其中，第一信號為預定信號，或者為校準電路輸出的校準後的信號。
其中，步驟702具體包括：
步驟7021：輸出一預定校準信號並檢測校準電路輸出的校準後的信號。
步驟7022：在校準後的信號為低電平時，調節校準信號，並在校準後的信號由低電平變為高電平時，獲取校準信號作為第一校準信號。
該步驟具體為：在校準後的信號為低電平時，增大校準信號的電壓，並在校準後的信號由低電平變為高電平時，獲取校準信號作為第一校準信號。
步驟7023：並在校準後的信號為高電平時，調節校準信號，並在校準後的信號由高電平變為低電平時，獲取校準信號作為第二校準信號。
在校準後的信號為高電平時，減小校準信號的電壓，並在校準後的 信號由高電平變為低電平時，獲取校準信號作為第二校準信號。
步驟7024：輸出第三校準信號；其中，第三校準信號為第一校準信號和第二校準信號的平均值。
如圖8、圖9所示，在校準後的信號vout為低電平時，增大校準信號vcm的電壓，並在校準後的信號vout由低電平變為高電平時，獲取校準信號vcm作為第一校準信號vcm_h。在校準後的信號vout為高電平時，減小校準信號vcm的電壓，並在校準後的信號vout由高電平變為低電平時，獲取校準信號vcm作為第二校準信號vcm_l。取第一校準信號vcm_h與第二校準信號vcm_l的平均值作為第三校準信號vcm1，並輸出，即校準信號產生電路輸出的校準信號vcm1＝(vcm_h+vcm_l)/2。
通過圖9可以看出，校準信號vcm1與輸出信號vout較為接近。
區別於現有技術，本實施方式通過模數轉換電路獲取待測電路輸出的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號；校準信號產生電路產生校準信號，根據第一信號調節校準信號，並輸出校準信號；校準電路獲取數位訊號和校準信號，並根據校準信號校準數位訊號，並輸出校準後的信號。能夠使在對模擬信號轉化為數位訊號的過程中產生的脈衝佔空比的偏移量進行校準修正，防止信號在轉換過程中失真，保證信號傳輸的穩定性。
參閱圖10，本發明信號校準系統一實施方式的結構示意圖，該系統包括數模轉換模塊1001、校準信號產生模塊1002以及校準模塊1003。
模數轉換模塊1001，用於獲取待測元器件輸出的模擬信號va，並將模擬信號va轉化為數位訊號vd。
校準信號產生模塊1002，用於產生校準信號vcm，根據第一信號調節校準信號vcm，並輸出校準信號vcm。
校準模塊1003，耦接模數轉換模塊1001及校準信號產生模塊1002，用於獲取數位訊號vd和校準信號vcm，並根據校準信號vcm校準數位訊號vd，並輸出校準後的信號vout。
另外，校準信號產生模塊1002還用於獲取校準模塊1003輸出的校 準後的信號vout，並根據校準後的信號vout的校準情況來調節校準信號vcm，使得信號校準更加準確，減小誤差。
以上所述僅為本發明的實施方式，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。