本發(fā)明屬于高精度壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及利用該壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)提高壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路局部精度的方法。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的提高以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高精度器件在工業(yè)、軍事、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域都有著舉足輕重的地位。目前高精度的恒流源驅(qū)動(dòng)電路也是人們研究的熱點(diǎn)。從現(xiàn)有技術(shù)看來(lái)應(yīng)用比較廣泛的恒流源主要包括兩種形式：脈沖調(diào)寬式恒流源和壓控恒流源。脈沖調(diào)寬式恒流源通過控制調(diào)整器的工作脈沖寬度從而達(dá)到恒定電流輸出的目的，這種方式效率較高，但紋波電流大、電流輸出精度低、輻射干擾強(qiáng)；壓控恒流通過調(diào)整電壓-電流轉(zhuǎn)換電路的控制電壓，達(dá)到控制電流的目的，此種方式具有精度高、紋波小、失真小等特點(diǎn)，但輸出范圍較小，適用于高精度場(chǎng)合。

壓控恒流源的基本原理是通過微控制器控制dac從而控制輸出電壓，再將電壓通過電壓-電流電路轉(zhuǎn)換為電流，從而達(dá)到通過控制電壓來(lái)控制電流的目的。雖然壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路具有高精度的特點(diǎn)，但現(xiàn)有壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)方式主要為pcb板級(jí)電路，通過將單片機(jī)、電壓-電轉(zhuǎn)換電路模塊與三極管、功率場(chǎng)效應(yīng)管以及電阻、電容等電子元器件在pcb板上進(jìn)行焊接，從而獲得輸出驅(qū)動(dòng)電流。同時(shí)現(xiàn)有恒流源驅(qū)動(dòng)電路主要由單片機(jī)作為整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的中控單元，通過其內(nèi)部dac控制驅(qū)動(dòng)電路從而輸出范圍大小可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電流。但是單片機(jī)內(nèi)部dac精度有限，為了達(dá)到高精度的要求一般會(huì)使用高精度的dac模塊，但是高精度的dac模塊在pcb板上與其他模塊進(jìn)行連接后仍易受到外界連線，噪聲等非理想因素的干擾，導(dǎo)致輸出驅(qū)動(dòng)電流精度無(wú)法達(dá)到更高的要求。同時(shí)pcb電路所用面積大，可移植性低，無(wú)法滿足電路集成化的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)，能夠使輸出驅(qū)動(dòng)電流精度在局部得到提高。

本發(fā)明還提供了利用該壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)提高壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路局部精度的方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是：壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)，包括數(shù)字控制單元，數(shù)字控制單元分別與dac模塊，電阻陣列和電流陣列相連接，dac模塊分別與偏置電路模塊和電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊相連接，電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊還分別與電流陣列輸出端和電阻陣列相連接。

本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是：

壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)提高壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路局部精度的方法，包括以下步驟，

步驟1：向數(shù)字控制單元輸入目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流數(shù)字量；

步驟2：數(shù)字控制單元對(duì)步驟1中的數(shù)字量進(jìn)行判斷計(jì)算，得出分段數(shù)字量；

步驟3：將步驟2中的分段數(shù)字量輸入系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的模塊，完成系統(tǒng)目標(biāo)輸出的驅(qū)動(dòng)電流。

本發(fā)明第二種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，

步驟1具體包括：

步驟1.1：將目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流起始數(shù)字量d'0和終止數(shù)字量d'1送入數(shù)字控制單元；

步驟1.2：數(shù)字控制單元根據(jù)步驟1.1中的d'0和d'1計(jì)算目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流起始值i'0，目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流終止值i'1，其計(jì)算公式為：

進(jìn)而計(jì)算目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流范圍i1，i1＝(i'1-i'0)

公式(1)和公式(2)中，z為系統(tǒng)分辨率值，大小為電流陣列的分辨率值m與dac模塊的分辨率值之和；i0為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流幅值范圍，通過以下公式得出：

i0＝(i1-i0)(3)

公式(3)中，i1為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最大值，i0為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最小值，其值為0。

步驟2具體包括：

步驟2.1：當(dāng)步驟1.2中得到的i1值小于等于i×2^(n-1)時(shí)，對(duì)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流所在區(qū)域進(jìn)行判斷，其中i為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流精度，通過以下公式得出

步驟2.2：根據(jù)對(duì)步驟2.1中的目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流判斷結(jié)果來(lái)分別計(jì)算電阻陣列的電阻放大倍數(shù)q，電流陣列的電流補(bǔ)償份數(shù)p，dac模塊的dac起始數(shù)字量。

步驟2.2具體包括：

當(dāng)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流起始值為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最小值即0時(shí)，電阻陣列的電阻放大倍數(shù)q為：

電流陣列的電流補(bǔ)償份數(shù)p為0，dac模塊的dac起始數(shù)字量為0，公式(5)中m為電阻陣列的分辨率值，大小與電流陣列的分辨率值相等；

當(dāng)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流終止值為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最大值即i1時(shí)，電阻陣列的電阻放大倍數(shù)q的計(jì)算方式為公式(5)，電流陣列的電流補(bǔ)償份數(shù)p為：

dac模塊的dac起始數(shù)字量為：

公式(7)中k為dac模塊的掃描步數(shù)，步長(zhǎng)值為1；

當(dāng)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流值的端點(diǎn)值不在系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流值端點(diǎn)處時(shí)，電阻陣列的電阻放大倍數(shù)q的計(jì)算方式為公式(5)，電流陣列的電流補(bǔ)償份數(shù)p的計(jì)算方式為公式(6)，dac模塊的dac起始數(shù)字量為：

步驟3具體包括：分別將步驟2.2中計(jì)算所得電阻陣列的電阻放大倍數(shù)q輸入電阻陣列，電流陣列的電流補(bǔ)償份數(shù)p輸入電流陣列，dac模塊的dac起始數(shù)字量輸入dac模塊，完成系統(tǒng)目標(biāo)輸出分辨率值為m+n的驅(qū)動(dòng)電流。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)，通過m-bit的電流補(bǔ)償陣列對(duì)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行高m-bit處理，n-bit的dac對(duì)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行低n-bit處理，將目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流精度進(jìn)行分段處理，最終恒流源驅(qū)動(dòng)電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流在目標(biāo)范圍達(dá)到(m+n)-bit的精度要求，使輸出驅(qū)動(dòng)電流精度在局部得到提高；本發(fā)明所采用的集成電路較之現(xiàn)有的pcb電路，將原有的板級(jí)模塊集成到一個(gè)芯片當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)更高的集成度，同時(shí)較之傳統(tǒng)直接使用高精度dac電路模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流源驅(qū)動(dòng)電路高精度的要求，本發(fā)明可以采用較低精度的dac電路配合以電流補(bǔ)償電路來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流源驅(qū)動(dòng)電路的高精度需求，在相同精度的情況下，電路功耗，面積都得到很大的改善，并且集成電路較pcb電路具有可移植性，可以方便于應(yīng)用到各類檢測(cè)傳感器中，實(shí)現(xiàn)高精度，高集成度等指標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)中電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)中提高電流精度原理圖；

圖4是本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)中m-bit電阻陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)中m-bit電流陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.數(shù)字控制單元，2.偏置電路模塊，3.dac模塊，4.電阻陣列，5.電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊，6.電流陣列。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)，如圖1所示，包括數(shù)字控制單元1，偏置電路模塊2，dac模塊3，電阻陣列4，電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊5，電流陣列6。其中dac模塊3的分辨率值大小為n，電阻陣列4的分辨率值大小為m，電流陣列6的分辨率值大小為m。

其中數(shù)字控制單元1與dac模塊3、電阻陣列4和電流陣列6相連接，將dac掃描步數(shù)k通過n-bit數(shù)字控制線控制dac模塊3，同時(shí)將電阻放大倍數(shù)q通過m-bit數(shù)字控制線控制電阻陣列4開關(guān)，并且將補(bǔ)償電流份數(shù)p通過m-bit數(shù)字控制線控制電流陣列6開關(guān)。偏置電路模塊2與dac模塊3連接，為dac模塊3提供基準(zhǔn)電流，dac模塊3與電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊5相連接，通過dac輸出電壓控制電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊5，電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊5通過電阻陣列4輸出電流，并且與電流陣列6輸出端相連接，最終輸出目標(biāo)輸出電流。

上述系統(tǒng)提高壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路局部精度的方法：

首先將代表目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流范圍的z-bit分辨率的數(shù)字量輸入到圖1中的數(shù)字控制單元1，其中z-bit為系統(tǒng)要求分辨率，其值大小為(m+n)-bit。

其次數(shù)字控制單元1對(duì)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流范圍在系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流范圍中進(jìn)行判斷：因?yàn)閳D2中電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊5輸出驅(qū)動(dòng)電流iout的大小其輸入端電壓與輸出端電阻r1的比值成比例變化，同時(shí)電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊5輸入端電壓與dac模塊3的輸出端電阻成比例變化，因此iout也和dac模塊3輸出端電阻r2和電流源輸出端電阻r1的比值成比例變化；所以當(dāng)輸入電壓范圍一定的情況下，通過成比例改變r(jià)1與r2的電阻值，即可獲得成比例減小的輸出驅(qū)動(dòng)電流步長(zhǎng)值，從而提高局部輸出驅(qū)動(dòng)電流精度，該結(jié)果如圖3中虛線所代表的由于電阻成比例變化后在相同輸入電壓與掃描步數(shù)的情況下，電流的斜率發(fā)生變化，使得局部電流精度得以提高，r1與r2可以由圖4所示的電阻陣列4構(gòu)成，通過數(shù)字控制量將不同個(gè)數(shù)的電阻接入電路從而實(shí)現(xiàn)比例變化，但圖3中由于電流斜率變化會(huì)造成起始輸入電壓所對(duì)應(yīng)的輸出電流值也發(fā)生變化，其值與目標(biāo)電流值不同，需要有補(bǔ)償電流if對(duì)起始電流值進(jìn)行補(bǔ)償，如圖2中在a點(diǎn)輸入補(bǔ)償電流，使輸出驅(qū)動(dòng)電流滿足系統(tǒng)目標(biāo)輸出范圍，其結(jié)果如圖3中斜率變化后斜實(shí)線，if補(bǔ)償電流可以由圖5所示的電流陣列6實(shí)現(xiàn)。之后數(shù)字控制單元1根據(jù)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流范圍大小和目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流范圍位置分析計(jì)算出電阻陣列4、電流陣列6、以及dac模塊3所需要的數(shù)字量。

最后數(shù)字控制單元1將這些數(shù)字量送入系統(tǒng)中與之對(duì)應(yīng)模塊的控制端，系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)激光器電流可以在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)(m+n)-bit的精度要求。具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：向數(shù)字控制單元1輸入目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流數(shù)字量，具體包括：

步驟1.1：將目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流起始數(shù)字量d'0和終止數(shù)字量d'1送入數(shù)字控制單元1；

步驟1.2：數(shù)字控制單元1根據(jù)步驟1.1中的d'0和d'1計(jì)算目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流起始值i'0，目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流終止值i'1，其計(jì)算公式為：

進(jìn)而計(jì)算目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流范圍i1，i1＝(i'1-i'0)

公式(1)和公式(2)中，z為系統(tǒng)分辨率值，大小為電流陣列6的分辨率值m與dac模塊3的分辨率值之和；i0為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流幅值范圍，通過以下公式得出：

i0＝(i1-i0)(3)

公式(3)中，i1為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最大值，i0為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最小值，其值為0。

步驟2：數(shù)字控制單元1對(duì)步驟1中的數(shù)字量進(jìn)行判斷計(jì)算，得出分段數(shù)字量，具體包括：

步驟2.1：當(dāng)步驟1.2中得到的i1值小于等于i×2^(n-1)時(shí)，對(duì)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流所在區(qū)域進(jìn)行判斷，其中i為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流精度，通過以下公式得出

步驟2.2：根據(jù)對(duì)步驟2.1中的目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流判斷結(jié)果來(lái)分別計(jì)算電阻陣列4的電阻放大倍數(shù)q，電流陣列6的電流補(bǔ)償份數(shù)p，dac模塊3的dac起始數(shù)字量，具體包括：

當(dāng)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流起始值為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最小值即0時(shí)，電阻陣列4的電阻放大倍數(shù)q為：

電流陣列6的電流補(bǔ)償份數(shù)p為0，dac模塊3的dac起始數(shù)字量為0，公式(5)中m為電阻陣列4的分辨率值，大小與電流陣列6的分辨率值相等；

當(dāng)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流終止值為系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流最大值即i1時(shí)，電阻陣列4的電阻放大倍數(shù)q的計(jì)算方式為公式(5)，電流陣列6的電流補(bǔ)償份數(shù)p為：

dac模塊3的dac起始數(shù)字量為：

公式(7)中k為dac模塊3的掃描步數(shù)，步長(zhǎng)值為1；

當(dāng)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流值的端點(diǎn)值不在系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)電流值端點(diǎn)處時(shí)，電阻陣列4的電阻放大倍數(shù)q的計(jì)算方式為公式(5)，電流陣列6的電流補(bǔ)償份數(shù)p的計(jì)算方式為公式(6)，dac模塊3的dac起始數(shù)字量為：

其中，電阻陣列4的電阻放大倍數(shù)q、電流陣列6的電流補(bǔ)償份數(shù)p以及dac模塊3的dac起始數(shù)字量取值均為整數(shù)值，可向下取整。

步驟3：將步驟2中的分段數(shù)字量輸入系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的模塊，完成系統(tǒng)目標(biāo)輸出的驅(qū)動(dòng)電流，具體包括：分別將步驟2.2中計(jì)算所得電阻陣列4的電阻放大倍數(shù)q輸入電阻陣列4，電流陣列6的電流補(bǔ)償份數(shù)p輸入電流陣列6，dac模塊3的dac起始數(shù)字量輸入dac模塊3，完成系統(tǒng)目標(biāo)輸出分辨率值為m+n的驅(qū)動(dòng)電流。

本發(fā)明的原理是：恒流源驅(qū)動(dòng)電路中電壓-電流轉(zhuǎn)換電路模塊其輸出的驅(qū)動(dòng)電流值與其輸入電壓與輸出端電阻比值成比例變化。因此當(dāng)輸入電壓范圍一定的情況下，成比例增加輸出端電阻值，即可獲得成比例減小的輸出驅(qū)動(dòng)電流步長(zhǎng)值，同時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)電流值與dac輸出端電阻和電流源輸出端電阻的比值成比例變化，因此將兩組電阻進(jìn)行比例分布，從而提高局部輸出驅(qū)動(dòng)電流精度。但由于電壓-電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端電阻發(fā)生變化，會(huì)造成起始輸入電壓所對(duì)應(yīng)的輸出電流值也發(fā)生變化，與目標(biāo)電流值不同，因此通過加入電流陣列，通過電流陣列對(duì)起始電流值進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出驅(qū)動(dòng)電流滿足系統(tǒng)目標(biāo)輸出范圍。最終在n-bit的dac與m-bit的電流陣列的分段處理后，恒流源驅(qū)動(dòng)電路可以在局部達(dá)到(m+n)-bit的精度要求。

本發(fā)明壓控恒流源驅(qū)動(dòng)電路的片上系統(tǒng)，通過m-bit的電流陣列6對(duì)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行高m-bit處理，n-bit的dac模塊3對(duì)目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行低n-bit處理，將目標(biāo)輸出驅(qū)動(dòng)電流精度進(jìn)行分段處理，最終恒流源驅(qū)動(dòng)電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流在目標(biāo)范圍達(dá)到(m+n)-bit的精度要求，使輸出驅(qū)動(dòng)電流精度在局部得到提高；本發(fā)明所采用的集成電路較之現(xiàn)有的pcb電路，將原有的板級(jí)模塊集成到一個(gè)芯片當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)更高的集成度，同時(shí)較之傳統(tǒng)直接使用高精度dac電路模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流源驅(qū)動(dòng)電路高精度的要求，本發(fā)明可以采用較低精度的dac電路配合以電流補(bǔ)償電路來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流源驅(qū)動(dòng)電路的高精度需求，在相同精度的情況下，電路功耗，面積都得到很大的改善，并且集成電路較pcb電路具有可移植性，可以方便于應(yīng)用到各類檢測(cè)傳感器中，實(shí)現(xiàn)高精度，高集成度等指標(biāo)。