CN103488224B - 基于比值来调节数字电位器的方法、系统及电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于比值来调节数字电位器的方法、系统及电路。本发明的方法应用于包含由多个数字电位器构成的可变电阻单元的电路，且该电路的一相关信号与可变电阻单元的阻值相关。首先，基于电路的相关信号的期望值来确定可变电阻单元的期望总阻值，并基于期望总阻值以及数字电位器理想情形下阻值分布特性来确定各数字电位器的阶数；随后当各数字电位器的阶数设置后，再利用相关信号的反馈值判断预定约束条件是否满足，并当预定约束条件满足时，基于电路的相关信号的反馈值及期望值来确定阻值调整比例，并基于调整比例及可变电阻单元的当前阶数来确定各数字电位器阶数的调整量；随后再继续判断预定约束条件是否满足，如此不断重复，直至预定约束条件不满足为止，由此可有效降低数字电位器的误差。

Description

基于比值来调节数字电位器的方法、系统及电路

技术领域

本发明涉及数字电路领域，特别是涉及一种基于比值来调节数字电位器的调节方法、系统及直流电源电路。

背景技术

直流稳压电源一般均采用直流电压转换模块（DC-DC）或者低压差线性稳压器（LDO）来实现，同时使用反馈电阻网络来调节输出电压。只要改变反馈电阻网络中电阻阻值，即可根据负载需求动态调整输出电压，实现精确高效供电。

随着数字电位器技术的发展与成熟，在越来越多的应用中，反馈电阻网络中的机械式可变电阻由数字电位器所取代，由此不仅提高了产品稳定性、数字化与智能化水平，还可减少电路体积并延长使用寿命，如在申请号为200620069824.5、201010512246.9与201120377518.9的各中国专利文献中，公开了各种采用数字电位器的电路等。但是数字电位器也存在诸多不足，如阻值分辨率低与耐高压性能差、阻值误差大且温漂严重。上述问题极大限制了数字电位器在高精度领域的推广应用。

数字电位器误差来源主要包括：端到端阻值R_AB误差、内部单元电阻R_S误差以及输出滑动端阻值R_W误差，影响因素包括制作工艺与环境温度变化等。图1为某国外大型厂家标称阻值为10K的10位数字电位器阻值误差分布。由图可知，该数字电位器端到端R_AB阻值误差达到8%。虽然端到端阻值校正后差分非线性误差较小，但是考虑到滑动端R_W误差与温漂因素，实践中积分非线性误差往往超过5LSB。

现有采用数字电位器的电路，往往都是按照理想公式计算数字电位器的阻值，进而配置数字电位器相应阶数，由于未考虑数字电位器自身的误差（可能到达数百欧姆），由此会严重影响电路的精度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于比值来调节数字电位器的调节方法及系统，以有效减小数字电位器的误差。

本发明的另一目的在于提供一种宽输出范围的直流电源电路。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于比值来调节数字电位器的调节方法，其应用于包含由多个数字电位器构成的可变电阻单元的电路，且该电路的一相关信号与可变电阻单元的阻值相关，所述基于比值来调节数字电位器的调节方法至少包括：

1）基于所述电路的相关信号的期望值来确定可变电阻单元的期望总阻值，并基于所述期望总阻值来确定各数字电位器的阶数；

2）当各数字电位器的阶数设置后，判断预定约束条件是否满足；

3）当预定约束条件满足时，基于所述电路的相关信号的反馈值及期望值来确定阻值调整比例，并基于所述调整比例及可变电阻单元的当前阶数来确定各数字电位器阶数的调整量，随后重返步骤2）；

其中，所述预定约束条件包括a或b：

a、所述电路相关信号的反馈值与期望值的误差超过第一预定范围内，且重置各数字电位器的次数小于预定次数；

b、所述可变电阻单元的实际总阻值与期望总阻值的误差超过第二预定范围内，且重置各数字电位器的次数小于预定次数。

本发明还提供一种基于比值来调节数字电位器的调节系统，其应用于包含由多个数字电位器构成的可变电阻单元的电路，且该电路的一相关信号与可变电阻单元的阻值相关，所述基于比值来调节数字电位器的调节系统至少包括：

阶数确定单元，用于基于所述电路的相关信号的期望值来确定可变电阻单元的期望总阻值，并基于所述期望总阻值来确定各数字电位器的阶数；

判断单元，用于当各数字电位器的阶数设置后，判断预定约束条件是否满足；

调整单元，用于基于所述电路的相关信号的反馈值及期望值来确定阻值调整比例，并基于所述调整比例及可变电阻单元的当前阶数来确定各数字电位器阶数的调整量；

其中，所述预定约束条件包括a或b：

a、所述电路的相关信号的反馈值与期望值的误差超过第一预定范围，且重置各数字电位器的次数小于预定次数；

b、所述可变电阻单元的实际总阻值与期望总阻值的误差超过第二预定范围，且重置各数字电位器的次数小于预定次数。

本发明还提供一种宽输出范围的直流电源电路，其至少包括：

直流稳压器；

包含可变电阻单元的电阻网络，与所述直流稳压器连接，用于调节所述直流稳压器的输出电压，其中，所述可变电阻单元包括多个数字电位器；

控制器，包括前述调节系统，其连接在所述直流稳压器输出端，用于设置各数字电位器的阻值及采集所述直流稳压器的输出电压。

如上所述，本发明的基于比值来调节数字电位器的方法、系统及电路，具有以下有益效果：基于电路的相关信号与可变电阻单元的阻值相关以及数字电位器差分非线性误差小的特性来消除较高的积分非线性误差；并适时重置搜索点进行优化搜索，加速数字电位器配置过程，最大程度确保了直流电源的输出精度。

附图说明

图1显示为现有某厂家标称阻值为10K的10位数字电位器阻值误差分布示意图。

图2显示为本发明的基于比值来调节数字电位器的调节方法流程图。

图3显示为应用本发明的直流稳压电源电路示意图。

图4显示为应用遍历法实现全局最优值后输出电压误差示意图。

图5显示为本发明的基于比值来调节数字电位器的调节系统示意图。

图6显示为图3所示的电路的参考电压与反馈电阻不存在误差时输出电压误差示意图。

图7显示为图3所示的电路的参考电压与反馈电阻不存在误差时数字电位器阶数设置次数示意图。

图8显示为图3所示的电路的参考电压与反馈电阻存在误差时输出电压误差示意图。

图9显示为图3所示的电路的参考电压与反馈电阻存在误差时数字电位器阶数设置次数示意图。

元件标号说明

1       直流稳压电源电路

11      稳压器

12      可变电阻单元

13      负载

14      控制器

2       调节系统

21      阶数确定单元

22      判断单元

23      调整单元

S1～S3  步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图2所示，本发明提供一种基于比值来调节数字电位器的调节方法。其中，根据本发明的方法主要通过调节系统来完成，该调节系统包括但不限于安装在控制器中且能够实现本发明方案的应用模块等。

其中，所述调节方法主要应用于包含可变电阻单元的电路，且所述可变电阻单元包括多个数字电位器，各数字电位器的类型可以相同，也可不完全相同，各数字电位器以串联、并联或串并联方式连接，而且，在该电路中，有一相关信号与可变电阻单元的阻值呈线性关系。优选地，所述电路包括但不限于直流稳压电源电路等。

例如，如图3所示，该直流稳压电源电路1包括稳压器11、由数字电位器R2、R3串联构成的可变电阻单元12、连接所述可变电阻单元12的电阻R1及控制器14，该可变电阻单元12与电阻R1串联构成稳压器11的反馈电阻网络，该稳压器11向负载13输出直流电压V，且该输出电压V与可变电阻单元12阻值R₁₂相关，即：V＝V_ref*(R₁/R₁₂+1)，其中，V_ref为参考电压。

在步骤S1中，所述调节系统基于所述电路的相关信号的期望值来确定可变电阻单元的期望总阻值，并基于所述期望总阻值来确定各数字电位器的阶数。

具体地，所述调节系统先基于电路中可变电阻单元的阻值与电路的相关信号的关联关系确定可变电阻单元的的期望总阻值，再基于可变电阻单元包含的数字电位器的连接方式及各数字电位器的步长确定每一数字电位器的阶数。

例如，对于图3所示的直流稳压电源电路1，可变电阻单元12包含的数字电位器R2、R3以串联方式连接，各自的步长为L2、L3，若稳压器11输出电压的期望值为V₀，则所述调节系统按照输出电压V与可变电阻单元12阻值R₁₂的关系式：V＝V_ref*(R₁/R₁₂+1)确定可变电阻单元12的期望总阻值为R₀；随后，所述调节系统再基于可变电阻单元12的理论总阻值R₁₂＝R₂+R₃确定数字电位器R2、R3的阶数。当阶数N₂、N₃均为0时，可变电阻单元12的理论总电阻R₁₂（0）；随后，所述调节系统再基于步长较大的数字电位器R2的步长L2及期望总阻值R₀与理论总电阻R₁₂（0）的偏差量ΔR=R₀-R₁₂（0），确定步长较大的数字电位器R2的阶数N₂=ΔR|L2，“|”表示整除；随后再计算经过补偿后的偏差量ΔR的残差Δr=ΔR-N2*L2；然后再基于步长较小的数字电位器R3的步长L3及残差Δr确定数字电位器R3的阶数N₃=Δr|L3，由此可使得最终剩余的残差不超过数字电位器R3的步长L3。

优选地，所述调节系统还可再基于各数字电位器的连接方式以及各数字电位器各自的步长来调整所确定的阶数，以进一步降低最终剩余的残差。

例如，对于由数字电位器串联构成的可变电阻单元，若最终剩余的残差超过最小步长的一半，则所述调节系统将最小步长对应的数字电位器的阶数再加1，由此，可使最终剩余的残差不超过最小步长的一半。

又例如，对于由步长分别为L11与L12的两数字电位器串联构成的可变电阻单元，若步长L11与L12的比值为5：2，则若最终剩余的残差大于最小步长L12的四分之三，则所述调节系统将最小步长L12的对应的数字电位器的阶数再加1，由此，可使最终剩余的残差降至最小步长L12的四分之一以内；若最终剩余的残差超过最小步长L12的四分之一、且不超过最小步长L12的四分之三，则所述调节系统将步长L11对应的数字电位器的阶数再加1、最小步长L12对应的数字电位器的阶数再减2，由此可使最终剩余的残差降低到最小步长L12的四分之一以内。

接着，在步骤S2中，当各数字电位器阶数设置后，所述调节系统判断预定约束条件是否满足，若是，则进入步骤S3，若否则结束。

其中，所述预定约束条件包括任何可用于决定是否需要调整各数字电位器阶数的条件，优选地，包括但不限于以下一者：a）所述电路的相关信号的反馈值与期望值的误差超过第一预定范围，且重置各数字电位器的次数小于预定次数；b）所述可变电阻单元的实际总阻值与期望总阻值的误差超过第二预定范围，且设置各数字电位器的次数小于预定次数。

其中，所述电路的相关信号的反馈值可由所述调节系统自行采集、也可由电路中的采集单元，例如，控制器提供等。

其中，所述可变电阻单元的实际总阻值根据电路的相关信号的反馈值及电路的相关信号与可变电阻单元电阻的关联关系计算得到。

例如，对于图3所示电路，当基于步骤S1中所确定的各数字电位器阶数设置各数字电位器后，所述调节系统基于电路输出电压的反馈值V₀'以及输出电压与可变电阻单元的电阻之间的关联关系式：V＝V_ref*(R₁/R₁₂+1)确定可变电阻单元的实际总阻值为R₁₂'，并基于实际总阻值为R₁₂'与期望总阻值的误差超过0.5欧姆、且设置各数字电位器阶数的设置次数未超过18次，确定需要调整各数字电位器的阶数。

接着，在步骤S3中，当预定约束条件满足时，则所述调节系统基于所述电路的相关信号的反馈值及期望值来确定阻值调整比例，并基于所述调整比例及可变电阻单元的当前阻值来确定各数字电位器阶数的调整量，随后重返步骤S2。

具体地，若电路的相关信号Y与可变电阻单元的阻值R的相关关系为：Y＝K*R^t+A，其中，K、t、A为常数，由此，该相关信号Y的期望值Y_期望与可变电阻器单元的期望总阻值R_期望的关系可表示为：Y_期望＝K*R^t _期望+A，也就是：R_期望＝（Y_期望-A）^-t/K；

相应地，可变电阻器实际总阻值R_实际与相关信号Y的反馈值Y_实际关系为：R_实际＝（Y_实际-A）^-t/K；

两式相除可得：

因而，所述调节系统将可变电阻单元的阻值调整为当前阻值的倍即可。

例如，对于图3所示的电路，可变电阻单元的期望总阻值R_期望与输出电压的期望值V的关系为：R_期望＝V_ref*R₁/(V-V_ref)；

可变电阻单元的实际总阻值R_实际与输出电压的反馈值V_t关系为：R_实际＝V_ref*R₁/(V_t-V_ref)两式相除可得：

若令则R_期望＝k_v*R_实际；

由此，所述调节系统确定需要将可变电阻单元12的阻值调整为当前阻值的k_v倍，由于可变电阻单元12由数字电位器R2、R3串联构成，也就是将数字电位器R2、R3各自的阻值调整为当前阻值的k_v倍，进而所述调节系统基于数字电位器R2、R3各自的步长即可确定数字电位器R2、R3各自的阶数调整量。

本领域技术人员基于前述步骤S1中所述调节系统基于所述期望总阻值来确定各数字电位器的阶数的确定方式，应该理解所述调节系统基于数字电位器R2、R3各自的步长，确定数字电位器R2、R3各自的阶数调整量，以便将数字电位器R2、R3各自的阻值调整为当前阻值的k_v倍的方式，故在此不再予以详述。

此外，还需说明的是，上述所述仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，电路的相关信号Y与可变电阻单元的数字电位器R11、R12、R13的阻值的关联关系也可为Y=K11×R11+K12×R12+K13×R13等，其中，K11、K12、K13不完全相等或各不相同。

作为一种优选方式，在前述步骤S2中，所述调节系统计算所述电路相关信号当前的反馈值与期望值的误差ΔY(i)后，进一步判断该误差值ΔY(i)是否大于前一次所计算出的反馈值与期望值的误差ΔY(i-1)，若是，则表明前一次所设置的各数字电位器的阶数已是局部最优，则在前述步骤S3中，所述调节系统基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

对于任一阻值，可采用不同组合方式进行表示。例如，对于100欧姆，可采用数字电位器RX的10阶来表示，也可采用数字电位器RX的8阶、数字电位器RY的4阶来表示，如果遍历搜索比较所有组合方式，即可得到误差最小的全局最优值。

例如，对于图3所示的电路，当R₁=100k，数字电位器R2的步长L2为10欧姆，数字电位器R3的步长L3为4欧姆时，若遍历数字电位器R2、R3的各种组合方式，获得的输出电压误差如图4所示。由图可知，可调电阻单元12的电阻分辨率高达0.1欧姆，远远小于步长较小的数字电位器R3步长的L3。

虽然应用遍历方式搜寻电阻能实现很高的精度，但是需要成百上千次搜索，极大降低了电路的响应速度，缺乏实用价值。不过，从遍历搜寻方式中获得一个重要启示，即若改变搜索初始点有可能找到更优值。为此，在局域搜索无法满足精度要求的情形下，可在局域最优值处，基于前一次的误差ΔY(i-1)来重新确定各数字电位器的阶数的调整量。

例如，对于图3所示的电路，当输出电压的当前的反馈值与期望值的差大于前一次所计算出的反馈值与期望值的差，且数字电位器R2、R3基于前一次所确定的各自的阶数调整量调整后的阶数分别为m1、m2，则所述调节系统基于数字电位器R2、R3的步长比L2：L3=5：2确定将数字电位器R2前一次调整后的阶数m1加2，而将数字电位器R3前一次调整后的阶数m2减5，由此，虽然，可调电阻单元12理论总阻值（理论总阻值基于公式R₁₂＝R₂+R₃计算得到）不变，但实际总阻值由于数字电位器R2、R3阻值的物理实际误差而有所改变，从而可导致输出电压发生改变。

作为另一种优选方式，在前述步骤S2中，所述调节系统判断可变电阻单元的当前实际总阻值与所述期望总阻值的误差是否大于可变电阻单元的前一次的实际总阻值与所述期望总阻值的误差，若是，则也表明前一次所设置的各数字电位器的阶数已是局部最优，则在前述步骤S3中，所述调节系统基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

需要说明的是，当在局域最优值处，也可直接将前一次的设置作为最终设置，来终止整个设置过程。

如图5所示，本发明提供一种基于比值来调节数字电位器的调节系统。该调节系统2至少包括：阶数确定单元21、判断单元22、及调整单元23。

其中，所述调节系统2主要应用于包含可变电阻单元的电路，且所述可变电阻单元包括多个数字电位器，各数字电位器的类型可以相同，也可不完全相同，各数字电位器以串联、并联或串并联方式连接，而且，在该电路中，有一相关信号与可变电阻单元的阻值相关。优选地，所述电路包括但不限于直流稳压电源电路等。

例如，如图3所示，该直流稳压电源电路1包括稳压器11、由数字电位器R2、R3串联构成的可变电阻单元12、连接所述可变电阻单元12的电阻R1及控制器14，所述调节系统2设置在所述控制器14中，该可变电阻单元12与电阻R1串联构成稳压器11的反馈电阻网络，该稳压器11向负载13输出直流电压V，且该输出电压V与可变电阻单元12阻值R₁₂呈线性关系，即：V＝V_ref*(R₁/R₁₂+1)，其中，V_ref为参考电压。

首先，所述阶数确定单元21基于所述电路的相关信号的期望值来确定可变电阻单元的期望总阻值，并基于所述期望总阻值来确定各数字电位器的阶数。

具体地，所述阶数确定单元21先基于电路中可变电阻单元的阻值与电路的相关信号的线性关联关系确定可变电阻单元的的期望总阻值，再基于可变电阻单元包含的数字电位器的连接方式及各数字电位器的步长确定每一数字电位器的阶数。

例如，对于图3所示的直流稳压电源电路1，可变电阻单元12包含的数字电位器R2、R3以串联方式连接，各自的步长为L2、L3，若稳压器11输出电压的期望值为V₀，则所述阶数确定单元21按照输出电压V与可变电阻单元12阻值R₁₂的关系式：V＝V_ref*(R₁/R₁₂+1)确定可变电阻单元12的期望总阻值为R₀；随后，所述阶数确定单元21再基于可变电阻单元12的理论总阻值R₁₂＝R₂+R₃确定数字电位器R2、R3的阶数。当阶数N₂、N₃均为0时，可变电阻单元12的理论总电阻R₁₂（0）；随后，所述调节系统再基于步长较大的数字电位器R2的步长L2及期望总阻值R₀与理论总电阻R₁₂（0）的偏差量ΔR=R₀-R₁₂（0），确定步长较大的数字电位器R2的阶数N₂=ΔR|L2，“|”表示整除；随后再计算经过补偿后的偏差量ΔR的残差Δr=ΔR-N2*L2；然后再基于步长较小的数字电位器R3的步长L3及残差Δr确定数字电位器R3的阶数N₃=Δr|L3，由此可使得最终剩余的残差不超过数字电位器R3的步长L3。

优选地，所述阶数确定单元21还可再基于各数字电位器的连接方式以及各数字电位器各自的步长来调整所确定的阶数，以进一步降低最终剩余的残差。

例如，对于由数字电位器串联构成的可变电阻单元，若最终剩余的残差超过最小步长的一半，则所述阶数确定单元21将最小步长对应的数字电位器的阶数再加1，由此，可使最终剩余的残差不超过最小步长的一半。

又例如，对于由步长分别为L11与L12的两数字电位器串联构成的可变电阻单元，若步长L11与L12的比值为5：2，则若最终剩余的残差大于最小步长L12的四分之三，则所述阶数确定单元21将最小步长L12的对应的数字电位器的阶数再加1，由此，可使最终剩余的残差降至最小步长L12的四分之一以内；若最终剩余的残差超过最小步长L12的四分之一、且不超过最小步长L12的四分之三，则所述阶数确定单元21将步长L11对应的数字电位器的阶数再加1、最小步长L12对应的数字电位器的阶数再减2，由此可使最终剩余的残差进一步降低。

接着，在步骤S2中，各数字电位器阶数设置后，所述判断单元22判断预定约束条件是否满足，若是，则启动调整单元23，若否则结束。

其中，所述预定约束条件包括任何可用于决定是否需要调整各数字电位器阶数的条件，优选地，包括但不限于以下一者：a）所述电路的相关信号的反馈值与期望值的误差超过第一预定范围，且设置各数字电位器的次数小于预定次数；b）所述可变电阻单元的实际总阻值与期望总阻值的误差超过第二预定范围，且设置各数字电位器的次数小于预定次数。

其中，所述电路的相关信号的反馈值可由所述调节系统2自行采集、也可由电路中的采集单元，例如，控制器提供等。

其中，所述可变电阻单元的实际总阻值根据电路的相关信号的反馈值及电路的相关信号与可变电阻单元电阻的相关关系计算得到。

例如，对于图3所示电路，当基于阶数确定单元21所确定的各数字电位器阶数设置各数字电位器后，所述判断单元22基于电路输出电压的反馈值V₀'以及输出电压与可变电阻单元的电阻之间的线性关系式：V＝V_ref*(R₁/R₁₂+1)确定可变电阻单元的实际总阻值为R₁₂'，并基于实际总阻值为R₁₂'与期望总阻值的误差超过0.5欧姆、且设置各数字电位器阶数的设置次数未超过18次，确定需要调整各数字电位器的阶数。

接着，当预定约束条件满足时，则所述调整单元23基于所述电路的相关信号的反馈值及期望值来确定阻值调整比例，并基于所述调整比例及可变电阻单元的当前阻值来确定各数字电位器阶数的调整量，随后前述再执行判断操作。。

具体地，若电路的相关信号Y与可变电阻单元的阻值R的相关关系为：Y＝K*R^t+A，其中，K、t、A为常数，由此，该相关信号Y的期望值Y_期望与可变电阻器单元的期望总阻值R_期望的关系可表示为：Y_期望＝K*R^t _期望+A，也就是：R_期望＝（Y_期望-A）^-t/K；

相应地，可变电阻器实际总阻值R_实际与相关信号Y的反馈值Y_实际关系为：R_实际＝（Y_实际-A）^-t/K；

两式相除可得：

因而，所述调整单元23将可变电阻单元的阻值调整为当前阻值的倍即可。

例如，对于图3所示的电路，可变电阻单元的期望总阻值R_期望与输出电压的期望值V的关系为：R_期望＝V_ref*R₁/(V-V_ref)；

可变电阻单元的实际总阻值R_实际与输出电压的反馈值V_t关系为：R_实际＝V_ref*R₁/(V_t-V_ref)两式相除可得：

若令则R_期望＝k_v*R_实际；

由此，所述调整单元23确定需要将可变电阻单元12的阻值调整为当前阻值的k_v倍，由于可变电阻单元12由数字电位器R2、R3串联构成，也就是将数字电位器R2、R3各自的阻值调整为当前阻值的k_v倍，进而所述调整单元23基于数字电位器R2、R3各自的步长即可确定数字电位器R2、R3各自的阶数调整量。

本领域技术人员基于前述阶数确定单元21基于期望总阻值来确定各数字电位器的阶数的确定方式，应该理解所述调整单元23基于数字电位器R2、R3各自的步长，确定数字电位器R2、R3各自的阶数调整量，以便将数字电位器R2、R3各自的阻值调整为当前阻值的k_v倍的方式，故在此不再予以详述。

作为一种优选方式，在前述判断单元22还计算所述电路相关信号当前的反馈值与期望值的误差ΔY(i)后，进一步判断该误差值ΔY(i)是否大于前一次所计算出的反馈值与期望值的误差ΔY(i-1)，若是，则表明前一次所设置的各数字电位器的阶数已是局部最优，则所述调整单元23基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

对于任一阻值，可采用不同组合方式进行表示。例如，对于100欧姆，可采用数字电位器RX的10阶来表示，也可采用数字电位器RX的8阶、数字电位器RY的4阶来表示，如果遍历搜索比较所有组合方式，即可得到误差最小的全局最优值，如果遍历所有组合方式，即可得到误差最小的全局最优值。

例如，对于图3所示的电路，当R₁=100k，数字电位器R2的步长L2为10欧姆，数字电位器R3的步长L3为4欧姆时，若遍历数字电位器R2、R3的各种组合方式，获得的输出电压误差如图4所示。由图可知，可调电阻单元12的电阻分辨率高达0.1欧姆，远远小于步长较小的数字电位器R3步长的L3。

虽然应用遍历方式搜寻电阻能实现很高的精度，但是需要成百上千次搜索，极大降低了电路的响应速度，缺乏实用价值。不过，从遍历搜寻方式中获得一个重要启示，即若改变搜索初始点有可能找到更优值。为此，在局域搜索无法满足精度要求的情形下，可在局域最优值处，基于前一次的误差ΔY(i-1)来重新确定各数字电位器的阶数的调整量。

例如，对于图3所示的电路，当输出电压的当前的反馈值与期望值的误差大于前一次所计算出的反馈值与期望值的误差，且数字电位器R2、R3基于前一次所确定的各自的阶数调整量调整后的阶数分别为m1、m2，则所述调节系统基于数字电位器R2、R3的步长比L2：L3=5：2确定将数字电位器R2前一次调整后的阶数m1加2，而将数字电位器R3前一次调整后的阶数m2减5，由此，虽然，可调电阻单元12理论总阻值（理论总阻值基于公式R₁₂＝R₂+R₃计算得到）不变，但实际总阻值由于数字电位器R2、R3阻值的物理实际误差而有所改变，从而可导致输出电压发生改变。

作为另一种优选方式，在前述判断单元22还判断可变电阻单元的当前实际总阻值与所述期望总阻值的误差是否大于可变电阻单元的前一次的实际总阻值与所述期望总阻值的误差，若是，则也表明前一次所设置的各数字电位器的阶数已是局部最优，则所述调节系统基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

以下将通过对图3所示的电路的描述来详述本发明：

在图3所示的宽输出范围的直流电源电路1中，控制器14包含前述调节系统2，当电路上电后，调节系统2的阶数确定单元21基于输出电压的期望值确定了数字电位器R2、R3的阶数后，所述控制器14基于所述阶数确定单元21确定的阶数设置数字电位器R2、R3的阶数；随后控制器14采样稳压器11输出电压的反馈值，并通过模数转换后提供给调节系统2的判断单元22，判断单元22基于输出电压的反馈值与期望值的误差超过第一预定范围，确定需要调整各数字电位器的阶数，则调节系统2的调整单元23基于可变电阻单元12的当前阻值与所确定的调整比例来确定数字电位器R2、R3的阶数调整量，接着，控制器14基于数字电位器R2、R3的阶数调整量来调节数字电位器R2、R3的阶数；随后再采样稳压器11输出电压的反馈值，由调节系统2基于该输出电压的反馈值来确定是否需要再次调整数字电位器R2、R3的阶数，如此不断重复，直至预定约束条件不再满足为止。

上述电路中，若该直流电源电路输出电压范围为5V-60V，当参考电压值V_ref与反馈电阻R₁不存在误差时，输出电压误差如图6所示，数字电位器R2、R3设置次数如图7所示。由图6可知，输出电压误差变化趋势随输出电压值增加而增加；绝大部分时刻可变电阻单元的电阻误差低于0.5欧姆。以0.5欧姆误差与18次设置次数作为终止条件，由图7可见，大部分时刻，数字电位器R2、R3阶数的设置次数处于2-10之间。

当环境温度变化较大或者器件选择不当时，可能导致参考电压值V_ref与反馈电阻R₁阻值不符合理想值，对数字电位器R2、R3阶数的设置会产生影响。假设参考电压V_ref增加5%，反馈电阻R₁增加10%，此时直流电源输出电压误差与数字电位器R2、R3阶数的设置次数分别如图8、图9所示。由图可知，输出电压误差变化趋势和图6一致，且设置次数也没有明显增加。这说明基于比值的数字电位器的调节方法具有良好的鲁棒性，可以克服各种器件误差。

综上所述，本发明的基于比值来调节数字电位器的方法及系统基于电路的相关信号与可变电阻单元的阻值呈线性关系，进而基于比值来确定各数字电位器的阶数调整量，可有效减小数字电位器的误差；并通过适时重置搜索点进行优化搜索，加速了数字电位器的设置过程，最大程度确保了电路的相关信号，例如输出电压的精度。本发明应用范围不限于直流电源系统，也可应用于需要数字可变电阻器的其他领域。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于比值来调节数字电位器的调节方法，其应用于包含有由多个数字电位器构成的可变电阻单元的电路，且该电路的一相关信号与可变电阻单元的阻值相关，其特征在于，所述基于比值来调节数字电位器的调节方法至少包括：

1)基于所述电路的相关信号的期望值来确定可变电阻单元的期望总阻值，并基于所述期望总阻值来确定各数字电位器的阶数；

2)当各数字电位器的阶数设置后，判断预定约束条件是否满足；

3)当预定约束条件满足时，基于所述电路的相关信号的反馈值及期望值来确定阻值调整比例，并基于所述调整比例及可变电阻单元的当前阶数来确定各数字电位器阶数的调整量，随后重返步骤2)；当预定约束条件不满足时则结束；

其中，所述预定约束条件包括a或者b：

a、所述电路相关信号的反馈值与期望值的误差超过第一预定范围，且设置各数字电位器阶数的设置次数小于预定次数；

b、所述可变电阻单元的实际总阻值与期望总阻值的误差超过第二预定范围，且设置各数字电位器阶数的设置次数小于预定次数。

2.根据权利要求1所述的基于比值来调节数字电位器的调节方法，其特征在于：当可变电阻单元中的各数字电位器串联时，在步骤1)与步骤3)中，若基于所确定的阶数所计算出的可变电阻单元的阻值与所述期望总阻值的残差超过最小步长的一半，则将最小步长所对应的数字电位器的阶数再加1；若最小步长的数字电位器的步长与另一数字电位器的步长比为2：5，则当基于所确定的阶数所计算出的可变电阻单元的阻值与所述期望总阻值的残差超过最小步长的3/4，则将最小步长所对应的数字电位器的阶数再加1；若当基于所确定的阶数所计算出的可变电阻单元的阻值与所述期望总阻值的残差超过最小步长的1/4但未超过最小步长的3/4，则再将最小步长所对应的数字电位器的阶数减2、该另一数字电位器的阶数加1。

3.根据权利要求2所述的基于比值来调节数字电位器的调节方法，其特征在于，在步骤2)中还包括：

判断当前反馈值与期望值的误差是否大于前一次反馈值与期望值的误差；

所述方法还包括步骤：

若当前反馈值与期望值的误差大于前一次反馈值与期望值的误差，则基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

4.根据权利要求2所述的基于比值来调节数字电位器的调节方法，其特征在于，在步骤2)中还包括：

判断可变电阻单元的当前实际总阻值与所述期望总阻值的误差是否大于可变电阻单元的前一次的实际总阻值与所述期望总阻值的误差；

所述方法还包括步骤：

若可变电阻单元的当前实际总阻值与所述期望总阻值的误差大于可变电阻单元的前一次的实际总阻值与所述期望总阻值的误差，则基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

5.一种基于比值来调节数字电位器的调节系统，其应用于包含有由多个数字电位器构成的可变电阻单元的电路，且该电路的一相关信号与可变电阻单元的阻值相关，其特征在于，所述基于比值来调节数字电位器的调节系统至少包括：

阶数确定单元，用于基于所述电路的相关信号的期望值来确定可变电阻单元的期望总阻值，并基于所述期望总阻值来确定各数字电位器的阶数；

判断单元，用于当各数字电位器的阶数设置后，判断预定约束条件是否满足；

调整单元，用于当预定约束条件满足时，基于所述电路的相关信号的反馈值及期望值来确定阻值调整比例，并基于所述调整比例及可变电阻单元的当前阶数来确定各数字电位器阶数的调整量；当预定约束条件不满足时则结束；

其中，所述预定约束条件包括a或者b：

a、所述电路相关信号的反馈值与期望值的误差超过第一预定范围，且设置各数字电位器阶数的设置次数小于预定次数；

b、所述可变电阻单元的实际总阻值与期望总阻值的误差超过第二预定范围，且设置各数字电位器阶数的设置次数小于预定次数。

6.根据权利要求5所述的基于比值来调节数字电位器的调节系统，其特征在于：当可变电阻单元中的各数字电位器串联时，若基于所确定的阶数所计算出的可变电阻单元的阻值与所述期望总阻值的残差超过最小步长的一半，则阶数确定单元或调整单元将最小步长所对应的数字电位器的阶数再加1；若最小步长的数字电位器的步长与另一数字电位器的步长比为2：5，则当基于所确定的阶数所计算出的可变电阻单元的阻值与所述期望总阻值的残差超过最小步长的3/4，则阶数确定单元或调整单元将最小步长所对应的数字电位器的阶数再加1；若当基于所确定的阶数所计算出的可变电阻单元的阻值与所述期望总阻值的残差超过最小步长的1/4但未超过最小步长的3/4，则阶数确定单元或调整单元再将最小步长所对应的数字电位器的阶数减2、该另一数字电位器的阶数加1。

7.根据权利要求6所述的基于比值来调节数字电位器的调节系统，其特征在于，所述判断单元还用于：

判断反馈值与期望值的误差是否大于前一次反馈值与期望值的误差；

所述调整单元还用于：

若当前反馈值与期望值的误差大于前一次反馈值与期望值的误差，则基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

8.根据权利要求6所述的基于比值来调节数字电位器的调节系统，其特征在于，所述判断单元还用于：

判断可变电阻单元的当前实际总阻值与所述期望总阻值的误差是否大于可变电阻单元的前一次的实际总阻值与所述期望总阻值的误差；

所述调整单元还用于：

若可变电阻单元的当前实际总阻值与所述期望总阻值的误差大于可变电阻单元的前一次的实际总阻值与所述期望总阻值的误差，则基于前一次的反馈值与期望值的误差来重新确定各数字电位器阶数的调整量。

9.一种宽输出范围的直流电源电路，其特征在于：所述宽输出范围的直流电源电路至少包括：直流稳压器；

包含可变电阻单元的电阻网络，与所述直流稳压器连接，用于调节所述直流稳压器的输出电压，其中，所述可变电阻单元包括多个数字电位器；

控制器，包括权利要求5至8中任一项所述的调节系统，其连接在所述直流稳压器输出端，用于设置各数字电位器的阻值及采集所述直流稳压器的输出电压。