CN101034139B - 数字信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明以提供一种能够以简单的构成将模拟信号变换成数字数据来进行数字处理的数字信号处理装置为目的。数字信号处理装置具有：对模拟信号进行脉冲密度调制并输出脉冲密度调制信号的调制部件(112)；存储了将脉冲密度调制信号变换成脉冲码调制数据的变换程序(141)的存储器(114)；以及从调制部件(112)被供给脉冲密度调制信号，并基于存储器中所存储的变换程序，将脉冲密度调制信号变换成作为数字信号的脉冲码调制数据的CPU(113)，将模拟信号变换成数字信号来进行数字处理。

Description

数字信号处理装置
技术领域
本发明涉及数字信号处理装置，特别是涉及取入模拟信号并变换成数字信号来进行数字处理的数字信号处理装置。
背景技术
近年来，伴随着CPU等数字信号处理装置的发达，在信号处理的领域将模拟信号数字化来进行各种处理。
在将模拟信号取入CPU时，在使用模拟-数字变换器等变换成数字数据后提供给CPU(参照专利文献1)。
【专利文献1】特开平11-264849号公报
然而，在用以往的数字信号处理装置对模拟信号进行数字处理的情况下，是将预先进行模拟-数字变换所得到的数字数据提供给CPU来进行数字信号处理。因此，就有必须构成复杂的模拟-数字变换器之类的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题点而完成的，其目的为提供一种能够以简单的构成将模拟信号变换成数字数据来进行数字处理的数字信号处理装置。
根据本发明一实施方式的数字信号处理装置，具有：对模拟信号进行脉冲密度调制并输出脉冲密度调制信号的调制部件(112)；
存储了将上述脉冲密度调制信号变换成脉冲码调制数据的变换程序(141)的存储器(114)；以及
从上述调制部件(112)被供给上述脉冲密度调制信号，并基于上述存储器(114)中所存储的上述变换程序(141)，将上述脉冲密度调制信号变换成作为数字信号的脉冲码调制数据的CPU(113)，
将上述模拟信号变换成数字信号来进行数字处理，由此，就能够以简单的构成将模拟信号变换成数字数据来进行数字处理。
在上述数字信号处理装置中，能够采用以下构成：
上述CPU(113)间歇地启动上述变换程序，从上述调制部件取入上述脉冲密度调制信号并变换成上述脉冲码调制数据。
在上述数字信号处理装置中，能够采用以下构成：
还具有检测出上述模拟信号并提供给上述调制部件(112)的检测部件(111)。
在上述数字信号处理装置中，能够采用以下构成：
上述检测部件(111)具有检测电池电压的电压检测部件(121)；
检测电池的充放电电流的电流检测部件(123)；
检测温度的温度检测部件(122)；和
选择由上述电压检测部件(121)、上述电流检测部件(123)、上述温度检测部件(122)中的任意一个输出的模拟信号并提供给上述调制部件(112)的选择部件(124)。
在上述数字信号处理装置中，能够采用以下构成：
上述模拟信号是电池的充放电电流，
在上述存储器(114)中存储有对上述充放电电流进行累计而算出电池余量的余量计算程序(142)，
上述CPU(113)基于上述存储器(114)中所存储的上述余量计算程序(142)，对上述充放电电流的脉冲码调制数据进行累计而算出电池余量。
在上述数字信号处理装置中，能够采用以下构成：
上述调制部件(112)是σ·δ调制器。
在上述数字信号处理装置中，能够采用以下构成：
上述检测部件(111)、上述调制部件(112)、上述存储器(114)和上述CPU(113)被搭载于同一半导体集成电路装置中。
此外，上述括弧内的参照标记是为了使理解容易而附加的，只不过是一个例子，并不是限定于图示的方式。
根据本发明就能够以简单的构成将模拟信号变换成数字数据来进行数字处理。
附图说明
图1是本发明的数字信号处理装置的一实施方式的块构成图。
图2是σ·δ调制器的块构成图。
图3是存储器的数据构成图。
图4是CPU执行的处理的流程图。
图5是硬件构成的间除滤波器的一实施方式的块构成图。
图6是步骤S1-2的数字滤波处理的详细流程图。
图7是本发明的一实施方式的动作说明图。
具体实施方式
图1表示本发明的数字信号处理装置的一实施方式的块构成图。本实施方式就将本发明的数字信号处理装置适用于电池余量检测电路101的情况进行说明。
在同一图中，电池余量检测电路101例如被形成在单一的半导体基板上，采用包括检测部111、σ·δ调制器112、CPU113、存储器114、调节器(regulator)115、通信电路116的构成。
检测部111采用包括电压检测部121、温度检测部122、电流检测部123、多路转接器(multiplexer)124的构成。
电压检测部121被连接到锂离子电池102的两端，检测电池102的电压。用电压检测部121检测出的检测信号被供给到多路转接器124。温度检测部122检测周围温度，生成并输出与周围温度相应的检测信号。温度检测部122的检测信号被供给到多路转接器124。
电流检测部123例如由差动放大器所构成，被连接到在电池102与端子T-之间所连接的电流检测电阻Rs的两端，检测依照电流检测电阻Rs上流经的电流而在电流检测电阻Rs上发生的电压，并输出与电池102的充放电电流相应的检测信号。
此外，这时，检测信号例如在电池102上没有流过充放电电流时成为基准电压V0，在流过充电电流时成为超过基准电压V0的值，在流过放电电流时成为不足基准电压V0的值而被输出。电流检测部123的检测信号被提供给多路转接器124。
多路转接器124基于来自CPU113的控制信号来选择电压检测部121的检测信号、温度检测部122的检测信号、电流检测部123的检测信号中的某一个，并提供给σ·δ调制器112。
σ·δ调制器112对来自多路转接器124的模拟信号进行PDM(脉冲密度调制)、也就是1位数字调制并提供给CPU113。
CPU113执行存储器114中所存储的数字滤波处理程序并将PDM信号变换成多位的数字值、也就是PCM(脉冲码调制)数据。进而，执行余量计算程序处理以计算出电池102的余量。此外，在本说明书中所说的CPU中包含微处理器等处理器。
通信电路116将CPU113计算出的电池余量对外部电路进行发送。调节器115从电池102得到电源，并生成电池余量检测电路101中所需要的电源电压，提供给电池余量检测电路101的各部分。
<σ·δ调制器的构成>
图2表示σ·δ调制器112的块构成图。同一图中，σ·δ调制器112由减法器131、积分器132、比较器133、迟延电路134、1位D/A变换器135所构成。
减法器131从在输入端子Tin自多路转接器124供给的模拟信号中减去1位D/A变换器135的输出而得到差分。减法器131输出的差分信号被供给到积分器132。
积分器132对自减法器131供给的差分信号进行积分。积分器132输出的积分信号被供给到比较器133。
比较器133对自积分器132供给的积分信号和在内部所设定的基准电压V0进行比较，例如，如果积分信号比基准电压大就输出成为高电平的信号，如果被积分的模拟信号比基准电压小，就输出成为低电平的信号。
比较器133的输出信号从输出端子Tout被输出，同时被供给到迟延电路134。迟延电路134使比较器133的输出信号延迟1采样期间并输出。
用迟延电路134经过迟延后的信号被供给到1位D/A变换器135。1位D/A变换器135对来自迟延电路134的信号进行1位D/A变换并提供给减法器131。
从σ·δ调制器112的输出端子Tout输出对来自多路转接器124的模拟信号进行了PDM(脉冲密度调制)、也就是1位数字调制的信号。
从该σ·δ调制器112的输出端子Tout输出的PDM信号被供给到CPU113。CPU113基于存储器114中所存储的程序来执行处理。
<存储器的数据构成>
存储器114由2K字节左右的比较小的存储容量的ROM和RAM等存储介质所构成，在ROM中存储着用CPU113执行的程序。在存储器114内的ROM中，如图3的数据构成图所示，存储着数字滤波处理程序141及余量计算程序142。RAM被用于CPU113进行执行时的作业区域等。
数字滤波处理程序141例如是对来自σ·δ调制器112的PDM信号进行数字滤波处理，进行将σ·δ调制器112输出的PDM信号变换成多位的数字值、也就是PCM数据的处理的程序，例如是执行间除滤波处理的程序。
间除滤波处理由CIC(Cascaded Integrated Combinatorial)滤波处理和FIR(Finite Impulse Response)滤波处理所构成。此外，也可以取代FIR滤波处理而使用IIR(Infinite Impulse Response)滤波处理。
余量计算程序142通过对用数字滤波处理程序141所变换后的PCM数据进行累计，来进行计算电池102的余量的处理，并将计算出的余量存储在存储器114中。
<CPU的处理>
其次，就CPU113中的处理进行说明。图4表示CPU113执行的处理的流程图。CPU113为了降低电力消耗而借助于内置的中断计时器间歇地执行处理。
若在步骤S1-1中有计时器中断，CPU113就在步骤S1-2中从σ·δ调制器112取入PDM信号。此外，CPU113例如按相当于PDM信号的8位串的规定期间(例如，1msec左右)发生计时器中断。
接着，CPU113对在步骤S1-2中从σ·δ调制器112取入的PDM信号执行数字滤波处理程序141。由此，从σ·δ调制器112取入的PDM信号被变换成多位的数字值、也就是PCM数据。
此外，这时，CPU113控制多路转接器124，将基于来自电压检测部121、温度检测部122、电流检测部123的模拟检测信号的PDM信号顺次取入，并通过数字滤波处理程序141顺次变换成PCM数据，存储在存储器114中。
接着，CPU113在步骤S1-4中执行余量计算程序142，并基于已变换成PCM数据的电压值、温度、电流值而算出电池102的余量。例如，通过对电流值进行累计，而算出电池余量。此时，根据电压值及温度来进行校正。
<间除滤波处理>
就间除滤波处理进行说明。图5表示硬件构成的间除滤波器的一实施方式的块构成图。间除滤波器由CIC滤波器部151和FIR滤波器部152所构成。
CIC滤波器部151由被级联的3级积分电路153、154、155、间除电路156、被级联的3级微分电路157、158、159所构成。
积分电路153～155分别由对输入数据和延迟元件162的输出数据进行加法运算的加法器161；将加法器161的输出数据延迟1采样期间后提供给加法器161的延迟元件162所构成。微分电路157～159分别由将输入数据延迟1采样期间的延迟元件163；从输入数据中减去延迟元件163的输出数据的减法器164；将减法器164的输出数据用N进行除法运算的除法器165所构成。
间除电路(decimation circuit)156通过将积分电路155的输出数据在N采样期间取出1次来进行数据的间隔剔除，并将所取出的PCM数据提供给微分电路157。
被供给到端子175的PDM信号用积分电路153～155进行积分而成为PCM数据后，用间除电路156进行N:1的间除，进而用微分电路157～159进行微分而作为PCM数据被输出。
FIR滤波器部152由被级联的i级延迟元件1711～171i；在i级延迟元件171各自输出的PCM数据上分别乘以系数A1～Ai的乘法1721～172i；对乘法器1721～172i各自的输出进行加法运算的加法器173；间除电路174所构成。
积分电路155输出的PCM数据用延迟元件1711～171i顺次迟延，并用乘法器1721～172i分别乘以系数A1～Ai后，用加法器173取得总和。加法器173输出的PCM数据通过用间除电路174在M采样期间取出1次来进行数据的间隔剔除(M:1的间除)，经过数字滤波处理并从端子176被输出。
CPU113执行的数字滤波处理程序141是通过软件实现了与图5所示的硬件构成的间除滤波器同样的处理。
图6表示步骤S1-2中CPU113执行的数字滤波处理的详细流程图。同一图中，CPU113在步骤S2-1中例如将8位串的PDM信号从存储器114读出并进行与积分电路153～155等同的积分处理。接着，在步骤S2-2中进行N:1的间除处理，在步骤S2-3中进行与微分电路157～159等同的微分处理，并将所得到的PCM数据写入存储器114中。
进而，CPU113在步骤S2-4中从存储器114将i个PCM数据及预先写入存储器114中的i个系数A1～Ai顺次读出，进行与乘法器1721～172i等同的乘法处理。接着，在步骤S2-5中进行与加法器173等同的加算处理，进而在步骤S2-6中进行M:1的间除处理，并将所得到的PCM数据写入存储器114中。
图7表示本发明的一实施方式的动作说明图。同一图中，时刻t11、t12、t13表示计时器中断的定时。若在时刻t11、t12、t13有计时器中断，则CPU113在步骤S1-2中从σ·δ调制器112取入PIDM信号，在步骤S1-3中通过执行与数字滤波处理程序141相应的处理，将电压检测部121、温度检测部122、电流检测部123所取得的模拟信号变换成PCM数据。
CPU113基于在步骤S1-3取得的PCM数据来计算电池102的余量。计算出的电池余量被存储在存储器114中。存储器114中所存储的电池余量根据来自外部电路的请求被调用，并经由通信电路116被发送给外部电路。
根据本实施方式，由于用σ·δ调制器112将模拟信号作为PDM信号，并通过用CPU113对此PDM信号进行数字滤波处理而变换成PCM数据，所以就能够将构成复杂的AD变换器置换成简单构成的σ·δ调制器112，进而就能够用CPU113进行电池的余量计算处理。由于CPU113中的余量计算处理的负荷轻微，能够充分地执行数字滤波处理所以这是能够实现的。
此外，本实施方式，将检测部111、σ·δ调制器112、CPU113、存储器114搭载在同一半导体芯片上，但也可以将检测部111及σ·δ调制器112的模拟电路、和CPU113及存储器114的数字电路作为各自的半导体芯片。进而，还可以将检测部111用1芯片的半导体器件构成，将σ·δ调制器112和CPU113以及存储器114搭载在同一半导体器件上。另外，还可以将CPU113及存储器114设置在电池组的外部。本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内还可以有种种变形例。

Claims (10)

1.一种数字信号处理装置，其特征在于，包括：
调制部件，对模拟信号进行脉冲密度调制并输出脉冲密度调制信号；
存储器，存储了将上述脉冲密度调制信号变换成脉冲码调制数据的变换程序；以及
CPU，从上述调制部件被供给上述脉冲密度调制信号，并基于上述存储器中所存储的上述变换程序，将上述脉冲密度调制信号变换成作为数字信号的脉冲码调制数据，
其中，将上述模拟信号变换成数字信号来进行数字处理，
上述CPU生成计时器中断，
当生成了上述计时器中断时，上述CPU从上述调制部件取得上述脉冲密度调制信号，并且将所取得的上述脉冲密度调制信号变换成上述脉冲码调制数据。
2.按照权利要求1所述的数字信号处理装置，其特征在于，还包括：
检测部件，检测出上述模拟信号并提供给上述调制部件。
3.按照权利要求2所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述检测部件具有：
检测电池电压的电压检测部件；
检测电池的充放电电流的电流检测部件；
检测温度的温度检测部件；和
选择由上述电压检测部件、上述电流检测部件、上述温度检测部件中的任意一个输出的模拟信号并提供给上述调制部件的选择部件。
4.按照权利要求1至3中任意一项所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述模拟信号是电池的充放电电流，
在上述存储器中存储有对上述充放电电流进行累计而算出电池余量的余量计算程序，
上述CPU基于上述存储器中所存储的上述余量计算程序，对上述充放电电流的脉冲码调制数据进行累计而算出电池余量。
5.按照权利要求1至3中任意一项所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述调制部件是σ·δ调制器。
6.按照权利要求4所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述调制部件是σ·δ调制器。
7.按照权利要求2或3所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述检测部件、上述调制部件、上述存储器和上述CPU被搭载于同一半导体集成电路装置中。
8.按照权利要求4所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述检测部件、上述调制部件、上述存储器和上述CPU被搭载于同一半导体集成电路装置中。
9.按照权利要求5所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述检测部件、上述调制部件、上述存储器和上述CPU被搭载于同一半导体集成电路装置中。
10.按照权利要求6所述的数字信号处理装置，其特征在于：
上述检测部件、上述调制部件、上述存储器和上述CPU被搭载于同一半导体集成电路装置中。
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