時域切換模擬數字轉換器設備與方法
2023-07-02 21:53:31 2
時域切換模擬數字轉換器設備與方法
【專利摘要】一種時域切換之模擬/數字轉換器設備與其利用方法。在一種實現方式中，轉換器設備包含載波信號源、以及至少一個參考源。載波信號會與輸入信號加成，且加成的調變信號被送至比較器電路。比較器用於檢測調變波形與參考準位的交叉，從而產生觸發事件。連續觸發事件之間的時間周期被用來獲得因輸入信號而導致的調變信號偏差，因此能夠測量輸入信號。載波振蕩振幅與頻率的控制能夠即時調整轉換器動態範圍和解析度。使用額外的參考信號準位能夠增加感測器頻率響應及準確性。雙通道轉換器設備能夠推定共模噪音並將其移除，從而增進信號轉換的準確性。
【專利說明】時域切換模擬數字轉換器設備與方法
[0001]優先權及相關申請書
[0002]本申請主張2012年8月17日同時提交的美國專利申請第13/588，643號的優先權，其名稱為「時域切換模擬數字轉換器設備與方法」，其進一步主張2011年8月19日提交的美國臨時專利申請第61/525，596號的優先權，其全部內容將結合於此並作為參考。
[0003]本申請還引用名稱為「用于振蕩擾動時域測量的設備及方法」的2011年6月24日所提出的美國專利申請第13/168，603號，其全部內容將結合於此並作為參考。
【技術領域】
[0004]本發明一般涉及信號轉換用振蕩方法與設備，具體地說涉及一種時域切換模擬數字轉換器的示例性實施方式、及其實現方式和使用方法。
【背景技術】
[0005]模擬數字轉換器(ADC)，是一種將模擬形式的連續信號轉換為數字形式的離散信號的一類設備，通常用於信號測量及其它應用。一般來說，ADC是一種將輸入模擬信號(例如，電壓或電流)轉換成與輸入信號量成比例的數字值的電子裝置。 [0006]模擬數字轉換器的性能一般是使用取樣率(通常基於奈奎斯定理，選擇所要檢出最大頻率的兩倍)解析度(位元):用來表示模擬輸入信號值的在數位化位元流中的位元數；以及最低有效位元(LSB):數位化位元流中的最低權重位元來描述。對應於ADCLSB的模擬信號值(例如，電壓或電流)也稱為信號解析度、或ADC電解析度。LSB表示改變ADC的輸出碼級所需的輸入電壓的最小變化。關於最先進的ADC技術，現代ADC的解析度的範圍一般大致介於8位元至24位元之間。
[0007]現有ADC技術概括在表1中，且包括:delta-sigma轉換器；delta調變轉換器；逐步逼近(SAR)轉換器、直接轉換或快閃式ADC、威爾金森(Wilkinson)ADC、積分式ADC(如雙斜率、四斜率)；以及管線式ADC。表1呈現了關於一些典型ADC技術的精選的性能概括和價值指標。
[0008]表1
[0009]
【權利要求】
1.一種模擬數字轉換器設備，包含: 用於接收輸入信號和載波信號的第一接口；以及 與所述第一接口進行信號通信的邏輯部， 所述邏輯部配置有:識別I個以上參考準位；基於所述輸入信號和所述載波信號產生調變信號；通過所述調變信號檢測所述I個以上參考準位的交叉；基於檢測到的所述交叉，求出多個時序周期；以及至少部分基於所述多個時序周期，產生所述輸入信號的I個以上推定值。
2.如權利要求1所述的轉換器設備，其中，所述轉換器設備進一步包含動態地可調整動態測量範圍。
3.如權利要求2所述的轉換器設備，其中，所述動態地可調整動態測量範圍的調整至少使用所述載波信號的振幅來進行調整。
4.如權利要求3所述的轉換器設備，其中，所述調整至少部分基於所述輸入信號的振幅來選擇。
5.如權利要求1所述的轉換器設備，其中，所述輸入信號的所述I個以上推定值包含2個以上獨立的推定值。
6.如權利要求5所述的轉換器設備，其中，所述邏輯部進一步通過合併所述兩個或多個獨立推定值來增加所述轉換器設備的準確性。
7.如權利要求1所述的轉換器設備，其中，所述轉換器設備進一步包含能夠減輕I個以上信號失真補償設備。
8.如權利要求7所述的轉換器設備，其中，所述補償設備包含第二信號路徑。
9.如權利要求8所述的轉換器設備，其中，所述I個以上信號失真包含共模噪音，所述補償設備能夠至少部分基於所述第二信號路徑來生成所述共模噪音的推定值。
10.如權利要求1所述的轉換器設備，其中，所述轉換器設備進一步包含取樣和保持裝置，所述取樣和保持裝置能夠在所述轉換器設備取樣周期期間輸出固定取樣振幅。
11.一種將模擬波形轉換成數位訊號的方法，所述方法包含: 接收所述模擬波形； 將所述模擬波形與循環信號混合，生成混合波形； 基於所述循環信號定義至少I個周期； 基於所述混合波形的與至少一預定振幅準位的交叉，求出I個以上時序值；以及 至少部分基於所述I個以上時序值與所定義的至少I個周期的比較，來推定所述模擬波形的振幅。
12.如權利要求11項所述的方法，其中，所述方法進一步包含對來自噪音的I個以上的影響進行補償。
13.如權利要求11項所述的方法，其中，所述模擬波形的所述振幅的推定行為，包含基於2個以上獨立的推定演算法生成2個以上獨立的值。
14.如權利要求11項所述的方法，其中，所述模擬波形包含時間變化波形。
15.如權利要求14項所述的方法，其中，所述時間變化模擬波形的所述振幅的推定行為，包括將所述模擬波形的所述時間變化量隨著I個以上取樣周期呈線性變化進行模型化。
16.如權利要求11項所述的方法，其中，所述定義至少I個周期包含定義多個周期，且所述方法進一步包含在所定義的所述多個周期中的至少I個周期時，關閉至少I個邏輯裝置的電力，從而能夠降低資源消耗。
17.如權利要求11項所述的方法，其中，所述循環信號包含非正弦波形。
18.一種非暫時性計算機可讀設備，其中儲存有I個以上程序，所述I個以上程序包含多個指令，當執行所述多個指令時， 接收基於輸入信號和已知頻率的載波而生成的調變波形； 求出多個事件的相對時序，所述多個事件包含所述調變波形與參考準位的交叉； 比較所述相對時序與從所述已知頻率得到的周期；以及 至少基於所述比較，計算出所述輸入信號的推定值。
19.如權利要求18所述的非暫時性計算機可讀設備，其中，所述指令進一步基於所述輸入信號依次計算出多個所述推定值，從而生成數字輸出波形。
20.如權利要求19所述的非暫時性計算機可讀設備，其中，在所述推定值各自之間的時間長是基於所得到的所述周期決定。
21.如權利要求18所述的非暫時性計算機可讀設備，其中所述輸入信號包含時間變化電壓準位。
22.—種時域切換模擬數字轉換器設備，包含: 第一埠，用於接收具有載波周期特徵的周期載波信號； 輸入埠，用於接收一輸入模擬信號；以及 邏輯部， 所述邏輯部基於所述載波信號和所述輸入模擬信號生成調變信號； 比較所述調變信號與第一參考信號； 至少部分基於所述比較，生成第一多個觸發事件，所述第一多個觸發事件與所述第一參考信號相關聯； 至少部分基於所述第一多個觸發事件和參考時脈，求出第一時間間隔；以及 至少部分基於所述第一時間間隔和所述載波周期，生成所述輸入信號的數字表示。
23.如權利要求22所述的時域切換模擬數字轉換器設備，其中，所述數字表示至少部分基於所述第一參考信號。
24.如權利要求22所述的時域切換模擬數字轉換器設備，其中，所述邏輯部進一步: 比較所述調變信號與第二參考信號； 至少部分基於所述調變信號與所述第二參考信號的所述比較，生成第二多個觸發事件，所述第二多個觸發事件與所述第二參考信號相關聯；以及 至少部分基於所述第二多個觸發事件和所述參考時脈，求出第二時間間隔； 其中，所述數字表示至少部分基於所述第二時間間隔、以及所述第一參考信號與所述第二參考信號之間的關係。
25.一種模擬數字轉換器設備，包含動態地可調整動態測量範圍。
26.如權利要求25所述的轉換器，其中，所述動態地可調整動態測量範圍，是使用載波信號的至少I個振幅進行調整。
27.如權利要求26所述的轉換器，其中，所述調整是至少部分基於輸入信號的振幅進行 選擇。
【文檔編號】H04B1/68GK104040903SQ201280051266
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年8月17日 優先權日:2011年8月19日
【發明者】理查·華特斯, 布萊德·齊桑, 馬克·福瑞力克, 約翰·賈克斯, 裡卡多·道爾, 大衛·卡邦拿利, 傑克斯·P·萊維利 申請人:路梅戴尼科技公司