一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，該模數(shù)轉換器將輸入頻率監(jiān)測模塊、功耗控制模塊和受控模數(shù)轉換器模塊集成于一體，其中輸入頻率監(jiān)測模塊包括輸入信號預處理電路、監(jiān)測時鐘生成電路和頻率計數(shù)電路，功耗控制模塊包括功耗控制邏輯電路和功耗控制輸出接口電路，受控模數(shù)轉換器模塊包括總偏置電路、采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路，本發(fā)明通過對輸入信號頻率的監(jiān)測，并根據(jù)輸入信號的速度要求，對受控模數(shù)轉換模塊進行靈活的功耗供給配置，從而實現(xiàn)高速度、低功耗的平衡，本發(fā)明模數(shù)轉換器具有寬頻輸入、高速、低功耗的特點，具有更好的靈活性和通用性。
【專利說明】一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，屬于集成電路領域，主要用于為接收寬頻信號輸入條件下的模數(shù)轉換器提供可配置的功耗管理，以實現(xiàn)寬頻輸入、高速、低功耗的模數(shù)轉換器。
【背景技術】
[0002]模數(shù)轉換器(ADC)是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的基礎部件之一，通過接收、采集外部真實世界的模擬信號，并轉換成數(shù)字信號處理系統(tǒng)能夠識別的數(shù)字編碼信號，起到連接真實世界與計算機世界的橋梁作用。隨著半導體技術的連續(xù)發(fā)展和器件特征尺寸的持續(xù)縮小，數(shù)字信號處理電路模塊的速度越來越快，特別是在雷達、無線通信、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應用領域，外部接收信號高達GHz以上，這就要求模數(shù)轉換器具有高速、高分辨率和低功耗。同時，對于工業(yè)信號測量、軟件無線電領域等領域，在不同條件場合下，其輸入信號頻率往往不同，要求模數(shù)轉換器既能處理高頻信號輸入，又能兼容低頻信號輸入。
[0003]現(xiàn)有解決方案之一模數(shù)轉換器按照最高可處理信號輸入頻率設計，以滿足全功率帶寬范圍內(nèi)最佳的信號質量和動態(tài)轉換特性，按這個原則設計的模數(shù)轉換器具有高速、高功耗的特點。這對于高頻信號輸入條件來說必要的，其不足之處在于對于低頻輸入信號條件下，按最高速度優(yōu)化設計的模數(shù)轉換器會造成較大的功耗浪費，并且模數(shù)轉換器需要處理的輸入信號頻譜越寬，浪費的功耗就越驚人。
[0004]現(xiàn)有解決方案之二，根據(jù)不同頻率范圍的輸入信號采用不同速度、不同功耗的不同規(guī)格模數(shù)轉換器，例如低頻輸入信號對應采用低速、低功耗的模數(shù)轉換器、中頻輸入信號對應采用中等速度、中等功耗的模數(shù)轉換器，高頻輸入信號則采用高速、高功耗的模數(shù)轉換器，這種解決方案可以取得最低的電路功耗。其不足之一在于需要不同規(guī)格的模數(shù)轉換器，并且不同規(guī)格的模數(shù)轉換器不能通用，會造成重復投資，具有較高的購買成本；其不足之二在于輸入信號頻率往往是未知的，此種情況下要求用戶在高速與低功耗之間進行選擇，如果選擇高速模數(shù)轉換器，會浪費投資和功耗，如果選擇低功耗模數(shù)轉換器，則會面臨速度不夠用的風險，增加了用戶的使用難度。
[0005]上述兩種模數(shù)轉換器的解決方案雖然也能在一定程度上實現(xiàn)高速度和低功耗的折中，但在面對寬頻信號輸入時，很難實現(xiàn)高速、低功耗的平衡，不能很好的處理寬頻輸入、高速度、低功耗這三個相互制約的變量關系，缺乏靈活性與通用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，該模數(shù)轉換器通過預先對輸入信號頻率的檢測，對模數(shù)轉換器的功耗進行靈活配置，從而實現(xiàn)高速度、低功耗的平衡，本發(fā)明具有寬頻輸入、高速、低功耗的特點，具有更好的靈活性和通用性。
[0007]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現(xiàn)的:[0008]一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，包括輸入頻率監(jiān)測模塊、功耗控制模塊和受控模數(shù)轉換器模塊，其中輸入頻率監(jiān)測模塊包括輸入信號預處理電路、監(jiān)測時鐘生成電路和頻率計數(shù)電路，功耗控制模塊包括功耗控制邏輯電路和功耗控制輸出接口電路，其中:
[0009]輸入信號預處理電路:接收外部輸入的信號，首先濾除所述信號中的直流分量，提取出交流信號，然后將所述交流信號中的噪聲濾除，對信號進行放大整形形成第一方波信號，并將所述第一方波信號輸出給頻率計數(shù)電路；
[0010]監(jiān)測時鐘生成電路:若從外部接收時鐘輸入信號,則通過頻率鎖相環(huán)產(chǎn)生頻率恒定的、且頻率大于或等于所述時鐘輸入信號頻率的第二方波信號，并將第二方波信號輸出給頻率計數(shù)電路；若獨立產(chǎn)生頻率監(jiān)測時鐘信號，則頻率監(jiān)測時鐘信號通過信號放大電路和信號反饋電路形成的循環(huán)振蕩器，產(chǎn)生頻率恒定的第三方波信號輸出給頻率計數(shù)電路；
[0011]頻率計數(shù)電路:接收監(jiān)測時鐘生成電路輸出的第二方波信號或第三方波信號，以及輸入信號預處理電路輸出的第一方波信號，產(chǎn)生設定的時間段，在所述時間段內(nèi)，對第一方波信號的頻率進行計數(shù)，并產(chǎn)生與第一方波信號頻率相同或成比例的數(shù)據(jù)編碼，將所述數(shù)據(jù)編碼信號進行保存，供功耗控制模塊調用；
[0012]功耗控制邏輯電路:調用頻率計數(shù)電路中保存的數(shù)據(jù)編碼信號，濾除數(shù)據(jù)編碼信號中的偶然誤差和錯誤編碼后，分成兩路數(shù)據(jù)編碼信號，對其中一路數(shù)據(jù)編碼信號的輸入頻率范圍進行分段并產(chǎn)生頻率范圍指示信號，對另外一路數(shù)據(jù)編碼信號進行譯碼，得到譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，并將所述頻率范圍指示信號和所述譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號分別輸出給功耗控制輸出接口電路；
[0013]功耗控制輸出接口電路:接收功耗控制邏輯電路輸出頻率范圍指示信號和譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，經(jīng)過信號緩存后，將頻率范圍指示信號轉換為分段變化的電流信號，將譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號轉換為連續(xù)變化的電流信號；并將分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號輸出給受控模數(shù)轉換器模塊；
[0014]受控模數(shù)轉換器模塊:接收功耗控制輸出接口電路輸出的分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號，根據(jù)分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號的大小調節(jié)內(nèi)部總偏置電路的電流信號的大小，或者調節(jié)內(nèi)部一個或多個模塊中偏置電路的電流信號的大小，實現(xiàn)對所述受控模數(shù)轉換器功耗的控制。
[0015]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，輸入信號預處理電路包括交流頻率提取電路、干擾脈沖濾除電路、信號放大電路和信號整形電路。
[0016]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，輸入信號預處理電路中還包括分頻電路，分頻電路將信號整形電路輸出的第一方波信號降低頻率后輸出給頻率計數(shù)電路。
[0017]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，若監(jiān)測時鐘生成電路從外部接收時鐘輸入信號時，監(jiān)測時鐘生成電路為鑒頻器電路、電荷泵與低通濾波電路、壓控振蕩器電路和N分頻電路形成的頻率鎖相環(huán)。
[0018]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，頻率計數(shù)電路包括定時器電路、頻率計數(shù)器電路和數(shù)據(jù)寄存器電路，其中定時器電路接收第二方波信號或第三方波信號，產(chǎn)生設定的時間段，頻率計數(shù)器電路接收第一方波信號，第二方波信號或第三方波信號，在所述時間段內(nèi)，對第一方波信號的頻率進行計數(shù)，并產(chǎn)生與第一方波信號頻率相同或成比例的數(shù)據(jù)編碼，將所述數(shù)據(jù)編碼信號保存在數(shù)據(jù)寄存器電路中，供功耗控制模塊調用。
[0019]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，功耗控制邏輯電路包括計數(shù)誤碼消除電路、輸入頻率范圍判斷與指示電路和編譯碼電路，其中計數(shù)誤碼消除電路調用頻率計數(shù)電路中保存的數(shù)據(jù)編碼信號，濾除偶然誤差和錯誤編碼后，分成兩路數(shù)據(jù)編碼信號，一路進入輸入頻率范圍判斷與指示電路對輸入頻率范圍進行分段以產(chǎn)生頻率范圍指示信號，另一路信號直接進入編譯碼電路進行譯碼，產(chǎn)生譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，并將所述頻率范圍指示信號和所述譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號分別輸出給功耗控制輸出接口電路。
[0020]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，功耗控制輸出接口電路包括數(shù)據(jù)緩沖與驅動電路、可變電流鏡電路，其中數(shù)據(jù)緩沖與驅動電路接收功耗控制邏輯電路輸出的頻率范圍指示信號和譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，經(jīng)過信號緩存后，將頻率范圍指示信號或譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號送入可變電流鏡電路，可變電流鏡電路將頻率范圍指示信號轉換為分段變化的電流信號，將譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號轉換為連續(xù)變化的電流信號；并將分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號輸出給受控模數(shù)轉換器模塊。
[0021]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，受控模數(shù)轉換器包括總偏置電路、采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路，其中總偏置電路接收功耗控制輸出接口電路中分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號，調節(jié)采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路各模塊電流大小，實現(xiàn)對所述受控模數(shù)轉換器電路總體功耗的分段調節(jié)或連續(xù)調節(jié)。
[0022]在上述寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器中，受控模數(shù)轉換器包括采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路，其中采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路中包括獨立偏置電路，所述獨立偏置電路接收功耗控制輸出接口電路中分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號，獨立調節(jié)相應的采樣保持電路或模數(shù)轉換電路或編碼輸出電路的電流大小，從而實現(xiàn)對所述受控模數(shù)轉換器電路局部功耗的分段調節(jié)或連續(xù)調節(jié)。
[0023]本發(fā)明與有現(xiàn)有技術方案相比的優(yōu)點在于:
[0024](I)、本發(fā)明創(chuàng)新設計了一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，該模數(shù)轉換器將輸入頻率監(jiān)測模塊、功耗控制模塊和受控模數(shù)轉換器模塊集成于一體，通過預先對輸入信號頻率的檢測，對模數(shù)轉換器的功耗進行靈活配置，從而實現(xiàn)高速度、低功耗的平衡，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術處理寬頻信號不靈活、功耗資源浪費嚴重、設備重復投資、實施成本大、用戶使用困難的問題，本發(fā)明模數(shù)轉換器具有寬頻輸入、高速、低功耗的特點，具有更好的靈活性和通用性。
[0025](2)、本發(fā)明模數(shù)轉換器集成了輸入頻率監(jiān)測模塊，并且通過采用輸入時鐘與輸入信號的倍頻、分頻，或獨立振蕩器產(chǎn)生監(jiān)測時鐘等多種技術，降低輸入信號頻率的測量難度，實現(xiàn)寬頻信號輸入的頻率測量。
[0026](3)、本發(fā)明模數(shù)轉換器的輸入頻率測量是自動進行和完成的，無需事先知道輸入信號的頻率大小、無需人工干預，降低了用戶使用難度，具有較好的使用靈活性。
[0027](4)、本發(fā)明模數(shù)轉換器包含專門的功耗控制模塊，自動實施對輸入信號的頻率監(jiān)測，并根據(jù)輸入信號頻率來調節(jié)受控模數(shù)轉換器的功耗供給，具有實施難度小、功耗控制靈活、實現(xiàn)了高速、低功耗的平衡。
[0028](5)、本發(fā)明模數(shù)轉換器與現(xiàn)有技術中不同頻率輸入信號需要采用不同速度功耗規(guī)格的多個模數(shù)轉換器相比，只需一個模數(shù)轉換器就可以實現(xiàn)不同輸入信號的全頻率覆蓋，避免了用戶重復投資，有效降低了用戶的購買成本。
[0029](6)、本發(fā)明模數(shù)轉換器在滿足高頻信號輸入的同時，自動兼容低頻信號輸入，并且提供了極佳的功耗控制，因此當技術升級需要更高速度的模數(shù)轉換器時，用戶只需要更換具有本發(fā)明特征的模數(shù)轉換器，就能適應新的應用需求，并且仍然保持了現(xiàn)有應用需求的低成本、低功耗覆蓋，這有助于提高設備的通用性，有效保護用戶的設備投資。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器的總體結構框圖；
[0031]圖2為本發(fā)明輸入信號預處理電路結構框圖；
[0032]圖3為本發(fā)明監(jiān)測時鐘生成電路結構框圖(從外部接收時鐘輸入信號時)；
[0033]圖4為本發(fā)明監(jiān)測時鐘生成電路結構框圖(獨立產(chǎn)生頻率監(jiān)測時鐘信號時)；
[0034]圖5為本發(fā)明頻率計數(shù)電路結構框圖；
[0035]圖6為本發(fā)明功耗控制邏輯電路結構框圖；
[0036]圖7為本發(fā)明功耗控制輸出接口電路結構框圖；
[0037]圖8為本發(fā)明功耗控制輸出接口電路中可變電流鏡電路中電流為分段變化的電路原理圖；
[0038]圖9為本發(fā)明功耗控制輸出接口電路中可變電流鏡電路中電流為連續(xù)變化的電路原理圖；
[0039]圖10為本發(fā)明受控模數(shù)轉換器模塊的功耗控制為局部功耗控制的一種電路原理圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0041]如圖1所示為本發(fā)明寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器的總體結構框圖，由圖可知本發(fā)明高速低功耗模數(shù)轉換器包括輸入頻率監(jiān)測模塊、功耗控制模塊、受控模數(shù)轉換器模塊，這些功能模塊可以集成在一塊集成電路芯片中。其中輸入頻率監(jiān)測模塊包括輸入信號預處理電路、監(jiān)測時鐘生成電路和頻率計數(shù)電路，功耗控制模塊包括功耗控制邏輯電路和功耗控制輸出接口電路，受控模數(shù)轉換器模塊包括總偏置電路、采樣保持電路、模數(shù)轉換電路、編碼輸出電路。
[0042]如圖2所示為本發(fā)明輸入信號預處理電路結構框圖，由圖可知輸入信號預處理電路包括交流頻率提取電路201、干擾脈沖濾除電路202、信號放大電路203、信號整形電路204、分頻電路205。輸入信號預處理電路接收外部輸入的信號，首先濾除信號中的直流分量，提取出交流信號，然后將交流信號中的噪聲濾除，對信號進行放大整形形成第一方波信號，并將第一方波信號輸出給頻率計數(shù)電路。其中交流頻率提取電路201的作用是隔離直流電平，提取交流小信號電壓；干擾脈沖濾除電路202的作用是濾除噪聲干擾信號，實現(xiàn)輸入信號頻率的選通；信號放大電路203將輸入信號的幅度放大到容易處理的程度，對于幅度較大的輸入信號不是必須的；信號整形電路204是濾除信號在邊沿的抖動，并識別出輸入信號的高低電平值，并轉換成輸出的第一方波信號，這個電路是輸入信號預處理電路的關鍵電路。分頻電路205為可選電路，分頻電路205將信號整形電路輸出的第一方波信號降低頻率后輸出給頻率計數(shù)電路，該電路是為了處理較高頻率的信號輸入，經(jīng)過分頻電路205后可以降低頻率計數(shù)電路的信號處理難度。
[0043]如圖3所示為本發(fā)明監(jiān)測時鐘生成電路結構框圖(從外部接收時鐘輸入信號時)；此時該監(jiān)測時鐘生成電路包括鑒頻器電路301、電荷泵與低通濾波電路302、壓控振蕩器電路303和N分頻電路304，即為一個典型的頻率鎖相環(huán)電路。本模塊的方波輸出頻率為時鐘輸入頻率的N倍，N為整數(shù)或分數(shù)或小數(shù)，以實現(xiàn)對時鐘輸入頻率的倍頻分頻關系，即本實施原理圖所示監(jiān)測時鐘生成電路接收外部時鐘輸入，通過頻率鎖相環(huán)產(chǎn)生頻率恒定的、且頻率大于或等于時鐘輸入信號頻率的第二方波信號，并將第二方波信號輸出給頻率計數(shù)電路。
[0044]如圖4所示為本發(fā)明監(jiān)測時鐘生成電路結構框圖(獨立產(chǎn)生頻率監(jiān)測時鐘信號時)，此時該監(jiān)測時鐘生成電路包括信號放大電路401和信號反饋電路402，即為一個典型的循環(huán)振蕩器電路。對于信號放大電路401和反饋電路402組成的反饋環(huán)來說，只要滿足相應幅度和相位的要求，就能產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的第三方波信號輸出。本實施例所述的振蕩器電路可以是RC振蕩器、LC振蕩器、環(huán)路振蕩器等一切可以獨立產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的振蕩器。本實施例所述監(jiān)測時鐘生成電路由獨立的環(huán)形振蕩器產(chǎn)生頻率恒定的第三方波信號輸出給頻率計數(shù)電路。
[0045]如圖5所示為本發(fā)明頻率計數(shù)電路結構框圖，本發(fā)明頻率計數(shù)電路包括定時器電路501、頻率計數(shù)器電路502、數(shù)據(jù)寄存器電路503，其中定時器電路501接收第二方波信號或第三方波信號，產(chǎn)生確定的時間段(該時間段為預先設定)，頻率計數(shù)器電路502接收第一方波信號，第二方波信號或第三方波信號，在該確定的時間段內(nèi)，對第一方波信號的頻率進行計數(shù)，并產(chǎn)生與第一方波信號頻率相同或成比例的數(shù)據(jù)編碼，將所述數(shù)據(jù)編碼信號保存在數(shù)據(jù)寄存器電路中，供功耗控制模塊調用。
[0046]如圖6所示為本發(fā)明功耗控制邏輯電路結構框圖，由圖可知本發(fā)明功耗控制邏輯電路包括計數(shù)誤碼消除電路601、輸入頻率范圍判斷與指示電路602、編譯碼電路603。其中計數(shù)誤碼消除電路601調用頻率計數(shù)電路中保存的數(shù)據(jù)編碼信號，濾除偶然誤差和錯誤編碼后，分成兩路數(shù)據(jù)編碼信號，一路進入輸入頻率范圍判斷與指示電路602對輸入頻率范圍進行分段以產(chǎn)生頻率范圍指示信號，另一路信號直接進入編譯碼電路603進行譯碼，產(chǎn)生譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，并將該頻率范圍指示信號和該譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號分別輸出給功耗控制輸出接口電路。
[0047]如圖7所示為本發(fā)明功耗控制輸出接口電路結構框圖，由圖可知本發(fā)明功耗控制輸出接口電路包括數(shù)字緩沖與驅動電路701、可變電流鏡電路702。其中數(shù)據(jù)緩沖與驅動電路701接收功耗控制邏輯電路輸出的頻率范圍指示信號和譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，經(jīng)過信號緩存后，將頻率范圍指示信號或譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號送入可變電流鏡電路702，可變電流鏡電路702將頻率范圍指示信號轉換為分段變化的電流信號，將譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號轉換為連續(xù)變化的電流信號；并將分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號輸出給受控模數(shù)轉換器模塊。
[0048]如圖8所示為本發(fā)明功耗控制輸出接口電路中可變電流鏡電路中電流為分段變化的電路原理圖，由圖可知功耗控制電流為分段變化，構成包括參考電流801、電流鏡像電路802、控制開關陣列803。其中電流鏡像電路802包括電流源晶體管MR1、N個電流鏡像晶體管Ml至Mn，控制開關陣列803由N個開關SI至Sn組成，N個開關與N個電流鏡像晶體管一一對應，N個開關由N個與頻率相關的功耗控制開關信號所控制，因此通過不同組合的控制開關陣列803，就可以得到跟頻率相同或成比例的可調輸出電流，即所述分段變化電流。典型情況下，當控制開關陣列803由預先分段的頻率范圍指示信號控制，輸出電流為可調并且呈現(xiàn)出分段變化的特點，即所述功耗控制可變電流為分段變化。
[0049]如圖9所示為本發(fā)明功耗控制輸出接口電路中可變電流鏡電路中電流為連續(xù)變化的電路原理圖，由圖可知功耗控制電流為連續(xù)變化，電路構成包括參考電流901、開關陣列911、電流源陣列912。本模塊可變電流鏡電路本質上為一個電流型數(shù)模轉換器，其中開關陣列911和電流源陣列912構成一個電流型數(shù)模轉換器902，因此能夠提供連續(xù)的精細變化的輸出電流，工作原理為接收前級頻率數(shù)據(jù)譯碼信號并連接到開關陣列911，控制電流源陣列912產(chǎn)生連續(xù)變化的電流輸出，即功耗控制電流為連續(xù)變化。
[0050]本發(fā)明受控模數(shù)轉換器模塊接收輸入頻率監(jiān)測模塊、功耗控制邏輯與接口模塊的功耗控制信號，根據(jù)外部信號輸入的頻率變化改變偏置電流電壓，執(zhí)行相應的功耗控制，本發(fā)明受控模數(shù)轉換器的功耗控制為整體功耗控制方式或局部功耗控制方式。
[0051]整體功耗控制方式如圖1所示，受控模數(shù)轉換器模塊包括總偏置電路、采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路，其中總偏置電路接收功耗控制輸出接口電路中分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號，調節(jié)采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路各模塊電流大小，實現(xiàn)對受控模數(shù)轉換器電路總體功耗的分段調節(jié)或連續(xù)調節(jié)。一般來說，采用整體功耗控制方式是一種全局的功耗控制方式，可以取得最佳的低功耗性能。另夕卜，對于全并型模數(shù)轉換器(Flash ADC)等模數(shù)轉換器，比較器數(shù)目眾多、電路功耗主要集中在比較器上，可以采取局部功耗控制方式，對主要的功率消耗電路元件實施電流電壓調節(jié)、即本發(fā)明所述局部功耗控制，這種方式簡單高效。
[0052]如圖10所示為本發(fā)明受控模數(shù)轉換器的功耗控制為局部功耗控制的一種電路原理圖，由圖可知構成受控模數(shù)轉換器模塊包括采樣保持電路1001、模數(shù)轉換電路1003、編碼輸出電路1004。其中采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路中包括獨立偏置電路，該獨立偏置電路接收功耗控制輸出接口電路中分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號，獨立調節(jié)相應的采樣保持電路或模數(shù)轉換電路或編碼輸出電路的電流大小，從而實現(xiàn)對受控模數(shù)轉換器電路局部功耗的分段調節(jié)或連續(xù)調節(jié)，例如獨立偏置電路1002接收與輸入信號頻率相關的分段變化電流或連續(xù)變化電流信號，并控制模數(shù)轉換電路1003，實現(xiàn)對控制模數(shù)轉換電路1003的電流及功耗的分段調節(jié)或連續(xù)調節(jié)。
[0053]采用局部功耗控制的方式，特別適用于受控模數(shù)轉換器中存在功率消耗電路元件比較集中，這種集中可以是某類單元電路的功耗集中，如比較器陣列電路、輸出驅動單元電路等，也可以是不同類別的電路處于集中位置，包括物理位置集中或者功能單元集中，以及任何便于集中實施功耗控制的情形。采用局部功耗控制的方式，這種方式對原模數(shù)轉換器的影響較小，控制電路相對簡單，實施難度較小，是一種相對較好的功耗控制方式。
[0054]總之，本發(fā)明通過對輸入頻率的監(jiān)測，并根據(jù)輸入信號的速度要求，對受控模數(shù)轉換器進行靈活的功耗供給配置，具有寬頻輸入、低功耗、高速度、低成本、實施難度小等優(yōu)點，適用于各種類型的模數(shù)轉換器，可廣泛應用于寬帶通信、高速信號采集、軟件無線電等領域，為寬頻信號提供自適應、靈活的功耗管理。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明最佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0056]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域專業(yè)技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:包括輸入頻率監(jiān)測模塊、功耗控制模塊和受控模數(shù)轉換器模塊，其中輸入頻率監(jiān)測模塊包括輸入信號預處理電路、監(jiān)測時鐘生成電路和頻率計數(shù)電路，功耗控制模塊包括功耗控制邏輯電路和功耗控制輸出接口電路，其中: 輸入信號預處理電路:接收外部輸入的信號，首先濾除所述信號中的直流分量，提取出交流信號，然后將所述交流信號中的噪聲濾除，對信號進行放大整形形成第一方波信號，并將所述第一方波信號輸出給頻率計數(shù)電路； 監(jiān)測時鐘生成電路:若從外部接收時鐘輸入信號,則通過頻率鎖相環(huán)產(chǎn)生頻率恒定的、且頻率大于或等于所述時鐘輸入信號頻率的第二方波信號，并將第二方波信號輸出給頻率計數(shù)電路；若獨立產(chǎn)生頻率監(jiān)測時鐘信號，則頻率監(jiān)測時鐘信號通過信號放大電路和信號反饋電路形成的循環(huán)振蕩器，產(chǎn)生頻率恒定的第三方波信號輸出給頻率計數(shù)電路； 頻率計數(shù)電路:接收監(jiān)測時鐘生成電路輸出的第二方波信號或第三方波信號，以及輸入信號預處理電路輸出的第一方波信號，產(chǎn)生設定的時間段，在所述時間段內(nèi)，對第一方波信號的頻率進行計數(shù)，并產(chǎn)生與第一方波信號頻率相同或成比例的數(shù)據(jù)編碼，將所述數(shù)據(jù)編碼信號進行保存，供功耗控制模塊調用； 功耗控制邏輯電路:調用頻率計數(shù)電路中保存的數(shù)據(jù)編碼信號，濾除數(shù)據(jù)編碼信號中的偶然誤差和錯誤編碼后，分成兩路數(shù)據(jù)編碼信號，對其中一路數(shù)據(jù)編碼信號的輸入頻率范圍進行分段并產(chǎn)生頻率范圍指示信號，對另外一路數(shù)據(jù)編碼信號進行譯碼，得到譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，并將所述頻率范圍指示信號和所述譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號分別輸出給功耗控制輸出接口電路； 功耗控制輸出接口電路:接收功耗控制邏輯電路輸出頻率范圍指示信號和譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，經(jīng)過信號緩存后，將頻率范圍指示信號轉換為分段變化的電流信號，將譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號轉換為連續(xù)變化的電流信號；并將分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號輸出給受控模數(shù)轉換 器模塊； 受控模數(shù)轉換器模塊:接收功耗控制輸出接口電路輸出的分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號，根據(jù)分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號的大小調節(jié)內(nèi)部總偏置電路的電流信號的大小，或者調節(jié)內(nèi)部一個或多個模塊中偏置電路的電流信號的大小，實現(xiàn)對所述受控模數(shù)轉換器功耗的控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:所述輸入信號預處理電路包括交流頻率提取電路、干擾脈沖濾除電路、信號放大電路和信號整形電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:所述輸入信號預處理電路中還包括分頻電路，分頻電路將信號整形電路輸出的第一方波信號降低頻率后輸出給頻率計數(shù)電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:若監(jiān)測時鐘生成電路從外部接收時鐘輸入信號時，監(jiān)測時鐘生成電路為鑒頻器電路、電荷泵與低通濾波電路、壓控振蕩器電路和N分頻電路形成的頻率鎖相環(huán)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:所述頻率計數(shù)電路包括定時器電路、頻率計數(shù)器電路和數(shù)據(jù)寄存器電路，其中定時器電路接收第二方波信號或第三方波信號，產(chǎn)生設定的時間段，頻率計數(shù)器電路接收第一方波信號，第二方波信號或第三方波信號，在所述時間段內(nèi)，對第一方波信號的頻率進行計數(shù)，并產(chǎn)生與第一方波信號頻率相同或成比例的數(shù)據(jù)編碼，將所述數(shù)據(jù)編碼信號保存在數(shù)據(jù)寄存器電路中，供功耗控制模塊調用。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:所述功耗控制邏輯電路包括計數(shù)誤碼消除電路、輸入頻率范圍判斷與指示電路和編譯碼電路，其中計數(shù)誤碼消除電路調用頻率計數(shù)電路中保存的數(shù)據(jù)編碼信號，濾除偶然誤差和錯誤編碼后，分成兩路數(shù)據(jù)編碼信號，一路進入輸入頻率范圍判斷與指示電路對輸入頻率范圍進行分段以產(chǎn)生頻率范圍指示信號，另一路信號直接進入編譯碼電路進行譯碼，產(chǎn)生譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，并將所述頻率范圍指示信號和所述譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號分別輸出給功耗控制輸出接口電路。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:所述功耗控制輸出接口電路包括數(shù)據(jù)緩沖與驅動電路、可變電流鏡電路，其中數(shù)據(jù)緩沖與驅動電路接收功耗控制邏輯電路輸出的頻率范圍指示信號和譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號，經(jīng)過信號緩存后，將頻率范圍指示信號或譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號送入可變電流鏡電路，可變電流鏡電路將頻率范圍指示信號轉換為分段變化的電流信號，將譯碼后的數(shù)據(jù)編碼信號轉換為連續(xù)變化的電流信號；并將分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號輸出給受控模數(shù)轉換器模塊。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:所述受控模數(shù)轉換器包括總偏置電路、采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路，其中總偏置電路接收功耗控制輸出接口電路中分段變化的電流信號或連續(xù)變化的電流信號，調節(jié)采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路各模塊電流大小，實現(xiàn)對所述受控模數(shù)轉換器電路總體功耗的分段調節(jié)或連續(xù)調節(jié)。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻輸入的高速低功耗模數(shù)轉換器，其特征在于:所述受控模數(shù)轉換器包括采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路，其中采樣保持電路、模數(shù)轉換電路和編碼輸出電路中包括獨立偏置電路，所述獨立偏置電路接收功耗控制輸出接口電路中分段變化的電流信號或連續(xù)`變化的電流信號，獨立調節(jié)相應的采樣保持電路或模數(shù)轉換電路或編碼輸出電路的電流大小，從而實現(xiàn)對所述受控模數(shù)轉換器電路局部功耗的分段調節(jié)或連續(xù)調節(jié)。
【文檔編號】H03M1/12GK103825614SQ201410049304
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權日:2014年2月12日
【發(fā)明者】蔡偉, 王宗民, 張鐵良, 楊松, 何斌, 李崎嶂, 李國峰, 虞堅, 李 浩 申請人:北京時代民芯科技有限公司, 北京微電子技術研究所