一種自適應(yīng)量化的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種自適應(yīng)量化的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置 (Adaptive Quantized Analog-t〇-Digital Converter)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法利用比較輸入信號與參考信號差值，搜索所有 可能的量化位置從而得到有效的數(shù)字輸出。圖1為相關(guān)技術(shù)中逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 結(jié)構(gòu)圖。圖1中對于每一次的數(shù)字量化值的輸出，比較器需要進行N次比較，N為數(shù)字輸出 的二進制位數(shù)。
[0003] 當初始化轉(zhuǎn)換開始之后，模擬輸入與反饋的參考信號進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果， 利用二分法調(diào)整反饋參考信號的數(shù)值，進行下一次比較。每次比較的結(jié)果送入移位寄存器 當中。進行N次比較之后，移位寄存器當中的值就表示該輸入模擬量經(jīng)過量化之后的N位 數(shù)字輸出結(jié)果。
[0004] 在傳統(tǒng)的逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（SuccessiveApproximationRegister Analog-to-DigitalConverter，SARADC)當中，如圖 1 所不，當開始（START) 11 信號給出 之后，時序控制電路（TIMING)9給出采樣使能信號，連接到采樣保持電路（S/H) 2,模擬輸入 信號1要經(jīng)過采樣保持電路2將信號進行采樣。采樣周期就是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號的 輸出周期。采樣之后的信號連接到比較器（COMPARATORS的正輸入端3,比較器的另外一端 5連接參考信號。該參考信號是由數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC) 7給出，第一次比較時，數(shù)字模擬 轉(zhuǎn)換器給出的參考電壓信號是1/2的滿幅參考值，即N-1位為1,其余第0位到第N-2位為 0。比較器4的輸出結(jié)果給到控制邏輯（CONTROLL0GIC)6?？刂七壿嫲袾位的輸出右移一 位，之后將比較器的輸出結(jié)果放置于N位的最高位（MostSignificantBit，MSB)，即第N-1 位?？刂七壿媽⑤敵鯪位數(shù)字量連接到數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸入端。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)果 變化之后，再進行下一次的比較。比較器輸入端3的采樣信號沒有變化，5的信號變?yōu)?/4 或者3/4的滿幅參考信號。比較器會輸出此次比較結(jié)果，控制邏輯再次右移N位輸出值，并 且將比較器的值放置在第N-2位上，并輸出N位數(shù)字量作為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸入信號，即 參考電壓信號，進行下一次比較。第三次數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出的值可能是1/8, 3/8, 5/8, 7/8 的滿幅參考信號。如此進行N次比較。控制邏輯會右移N次，把第N次的比較結(jié)果放到第 0位上面。當完成N次比較時，時序電路9會輸出完成（DONE) 10的信號。此時N位的控制 邏輯輸出值就是此次模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果。
[0005] 在圖1傳統(tǒng)逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法中，轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率為FS，轉(zhuǎn)換位數(shù)為 N，則內(nèi)部需要有N*FS的快速時鐘對控制邏輯電路進行控制。同時模擬輸入信號需要采樣 保持電路在一次數(shù)據(jù)輸出的N次比較過程中始終保持采樣時候的值，對于電路實現(xiàn)會增加 很大的功耗以及電路噪聲。
[0006] 逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法需要N次比較才可以得到輸出結(jié)果，這種方法需要內(nèi) 部的高速采樣時鐘來完成。這就增加的轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部時鐘頻域，同時增加了功率損耗。如 何利用更少的比較次數(shù)來達到提高類似逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換時間，降低功 率損耗，同時不降低轉(zhuǎn)換器的性能是一個迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種自適應(yīng)量化的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，用以解決傳統(tǒng)逐次逼近模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換方法當中比較次數(shù)過多、采樣時鐘過快、功率損耗過大的問題。。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)量化的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，至少包 括：
[0009] 比較單元，用于將模擬輸入信號與反饋參考信號進行比較，并將比較的結(jié)果輸出 至M個移位寄存器和除法累加單元，其中反饋參考信號為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元的輸出，數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器的初始輸入的N位數(shù)字量中，第N-1位為1，第N-2位至第0位為0，M、N均為自 然數(shù)，M小于N;
[0010] 移位寄存器，用于將比較單元的輸出結(jié)果按時鐘先后順序存儲，并輸出M位并行 數(shù)據(jù)至自適應(yīng)量化運算單元；
[0011] 自適應(yīng)量化運算單元，用于根據(jù)M個移位寄存器輸出的M位并行數(shù)據(jù)確定初始量 化值，并將初始量化值輸出至除法累加單元；
[0012] 除法累加單元，用于在比較單元的第1次至第M次比較工作過程中，對初始量化值 進行除2操作，根據(jù)比較單元的順序輸出結(jié)果對除2操作后的量化值進行累加或遞減操作， 并將累加或遞減操作得到的結(jié)果輸出至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元的輸入端以及自適應(yīng)量化的模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸出端；
[0013] 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元，用于對除法累加單元的輸出的N位2進制結(jié)果進行數(shù)字模擬 轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果輸出至比較單元的負向輸入端，作為反饋參考信號，其中模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換單元的輸出是N位2進制數(shù)據(jù)。
[0014] 進一步地，自適應(yīng)量化運算單元中保存有索引步長查找表和量化表，自適應(yīng)量化 運算單元根據(jù)移位寄存器輸出的M位并行數(shù)據(jù)從索引步長查找表中查找對應(yīng)的輸出值，并 根據(jù)該輸出值與上一周期的步長值之和從量化表獲取對應(yīng)的量化值。
[0015] 進一步地，索引步長查找表共有M-1位輸入、2M4個可選輸出的值，其中最大值為 2(tH)-l，最小值為-2(tH)+l。
[0016] 進一步地，量化值查找表的量化值Yi根據(jù)如下公式確定：
[0017]Yi:〗％?，i=0,1，2,3…K
[0018] 其中，STEP為小于1的正實數(shù)，K小于N;Yi最大值為2frl)，最小值為2m-1。
[0019] 進一步地，在第L個周期，除法累加單元讀取自適應(yīng)量化單元的輸出值作為其輸 入，其中L=n*M，n=0，l，2,3…；在第L+1~M+L-1個周期，除法累加器在每個周期對其輸入 值進行右移一位的操作，即除2操作，把輸出結(jié)果作為下一個周期所述除法累加單元的輸 入值；除法累加器在第M+L個周期重復其在第L個周期的操作。
[0020] 進一步地，當比較單元的輸出為1時，除法累加單元在第L~M+L-1個周期進行的 累加操作；當比較單元的輸出為〇時，除法累加單元在第L~M+L-1個周期進行遞減操作， 反之亦然。
[0021] 進一步地，當模擬輸入信號大于反饋參考信號時，比較單元的輸出為1 ;當模擬輸 入信號小于等于反饋參考信號時，比較單元的輸出為〇,反之亦然。
[0022] 進一步地，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元的基準參考電壓是固定電平電壓，并且不隨時間變 化。
[0023] 進一步地，將比較單元的1位輸出選為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸出。
[0024] 進一步地，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置為1位比較單元輸出結(jié)果時，外部連接有如權(quán) 利要求1-8中任一項的自適應(yīng)量化運算單元和除法累加單元，以產(chǎn)生N位數(shù)字輸出信號，作 為自適應(yīng)量化的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸出。
[0025] 本發(fā)明在轉(zhuǎn)換初始時利用反饋參考信號與真實模擬輸入信號的比較結(jié)果，控制除 法累加單元對反饋電壓信號進行調(diào)整，再經(jīng)過M次調(diào)整之后，利用自適應(yīng)量化算法，修正反 饋參考信號，從而更加接近真實的模擬輸入信號，提高了每次反饋參考信號的準確度，從而 在保證輸出信號的性能不變的情況下，減少了輸入模擬信號與反饋參考信號的比較次數(shù)， 降低了時鐘頻率，減少了轉(zhuǎn)換時間，降低了功率損耗，解決了在傳統(tǒng)逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 方法當中比較次數(shù)過多、采樣時鐘過快、功率損耗過大的問題。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027] 圖1為相關(guān)技術(shù)中傳統(tǒng)逐次逼近模擬數(shù)字