CN103247307B - 模拟数字转换装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟数字转换装置与方法，且模拟数字转换装置包括第一电平调整单元、第二电平调整单元、模拟数字转换器以及线性区间侦测单元。在调整模式下，模拟数字转换器转换测试信号以产生测试数据流，且线性区间侦测单元利用测试数据流取得模拟数字转换器的转换曲线，并依据转换曲线的线性区而决定是否调整偏移控制信息。在操作模式下，线性区间侦测单元持续输出偏移控制信息，第一电平调整单元与第二电平调整单元依据偏移控制信息调整第一输入信号与第二输入信号的直流电平，以致使第一输入信号与第二输入信号位于转换曲线的线性区内，且模拟数字转换器将第一输入信号转换成第一输出数据流，并将第二输入信号转换成第二输出数据流。

Description

模拟数字转换装置与方法

技术领域

本发明是有关于一种转换装置与方法，且特别是有关于一种模拟数字转换装置与方法。

背景技术

在光学储存系统中，光学读取头将侦测由光碟表面所反射回来的射频(RadioFrequency，简称RF)信号和伺服(Servo)信号。此外，射频信号和伺服信号将经由模拟前端(AnalogFront-End，简称AFE)处理，并通过模拟数字转换器(Analog-to-DigitalConverter，简称ADC)转换成数字化的信息，以供读取通道与数字前端(DigitalFront-End，简称DFE)做处理，其中读取通道例如是部分响应最大可能(PartialResponseMaximumLikelihood，简称PRML)电路。在上述过程中，模拟数字转换器为一关键元件。倘若转换过程产生失真，将会影响到后级PRML电路与数字前端的处理结果。

图1A绘示为模拟数字转换器的理想转换曲线的示意图。如图1A所示，随着模拟电压由低至高的上升，模拟数字转换器所转换出来的数字码将呈现单调性(Monotonic)的递增。更严格的来说，模拟数字转换器的积分非线性(IntegralNonlinearity，简称INL)误差与微分非线性(DifferentialNonlinearity，简称DNL)误差也必需为零，才称得上是理想的模拟数字转换器。由此，在理想的模拟数字转换上，当输入一模拟弦波时，所转出的数字码也将呈现趋近于弦波的曲线。

然而，在实际应用上，模拟数字转换器的转换曲线可能会呈现非单调性(Non-monotonic)的递增。例如，图1B绘示为模拟数字转换器的非理想转换曲线的示意图。如图1B所示，当输入一模拟弦波时，所转出的数字码已经失真，进而无法呈现趋近于弦波的曲线。此时，失真的数字码将影响光学储存系统的读碟性能，亦或使纠错能力变差。严重的话，则有可能造成伺服控制的失败，甚至导致光学储存系统无法读取碟片。

发明内容

本发明提供一种模拟数字转换装置，利用线性区间侦测单元侦测转换曲线的线性区，以将输入信号调整至转换曲线的线性区。由此，将可避免信号产生变形与失真的问题。

本发明提供一种模拟数字转换方法，利用偏移控制信息先将输入信号调整至转换曲线的线性区，之后再对输入信号进行转换。由此，将可确保由输入信号转换而来的输出数据流不会引发信号变形与失真的问题。

本发明提出一种模拟数字转换装置，包括第一电平调整单元、模拟数字转换器以及线性区间侦测单元。第一电平调整单元在调整模式下传送测试信号，并在操作模式下传送第一输入信号。模拟数字转换器转换测试信号或是第一输入信号，以产生测试数据流或是第一输出数据流。在调整模式下，线性区间侦测单元利用测试数据流取得模拟数字转换器的转换曲线，并依据转换曲线的线性区而决定是否调整偏移控制信息。此外，在操作模式下，线性区间侦测单元持续输出偏移控制信息。其中，在传送第一输入信号之前，第一电平调整单元依据偏移控制信息调整第一输入信号的直流电平，以致使第一输入信号位于转换曲线的线性区内。

在本发明的一实施例中，上述的线性区间侦测单元包括区间侦测器、控制器以及偏移调整器。在调整模式下，区间侦测器依据对应于测试信号的多个模拟电压记录测试数据流中的多个数字码以取得转换曲线，并侦测转换曲线的线性区以产生区域信息。控制器在调整模式下依据区域信息而决定是否产生调整信息，并在操作模式下产生操作信息。偏移调整器在调整模式下依据调整信息的产生与否而决定是否调整偏移控制信息，并在操作模式下依据操作信息持续输出偏移控制信息。

在本发明的一实施例中，上述的线性区间侦测单元还包括数字波形产生器。其中，数字波形产生器在调整模式下产生参考数据流，且第一电平调整单元接收参考数据流，并将参考数据流转换成测试信号。

在本发明的一实施例中，上述的模拟数字转换装置还包括第二电平调整单元与多工器。在操作模式下，第二电平调整单元依据偏移控制信息调整第二输入信号的直流电平，以致使第二输入信号位于转换曲线的线性区内，并传送第二输入信号。在操作模式下，多工器从第一输入信号与第二输入信号中择一输出。其中，当多工器输出第一输入信号时，模拟数字转换器将第一输入信号转换成第一输出数据流。当多工器输出第二输入信号时，模拟数字转换器将第二输入信号转换成第二输出数据流。

从另一观点来看，本发明提出一种模拟数字转换方法，适用于模拟数字转换装置，且所述模拟数字转换方法包括下列步骤：在调整模式下，传送测试信号，并将测试信号转换成测试数据流；利用测试数据流取得转换曲线，并依据转换曲线的线性区而决定是否调整偏移控制信息；在操作模式下，依据偏移控制信息调整第一输入信号的直流电平，以致使第一输入信号位于转换曲线的线性区内；以及，传送第一输入信号，并将第一输入信号转换成第一输出数据流。

基于上述，本发明是先侦测出转换曲线的线性区，并依据转换曲线的线性区据以控制偏移控制信息。由此，当输入信号要进行转换时，将可先利用偏移控制信息将输入信号调整至转换曲线的线性区内，之后再对输入信号进行转换。如此一来，将可确保由输入信号转换而来的输出数据流不会引发信号变形与失真的问题。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1A绘示为模拟数字转换器的理想转换曲线的示意图。

图1B绘示为模拟数字转换器的非理想转换曲线的示意图。

图2为依据本发明的一实施例的模拟数字转换装置的示意图。

图3A至图3C分别为依据本发明的一实施例的转换曲线的示意图。

图4A与图4B分别为依据本发明的另一实施例的转换曲线的示意图。

图5为依据本发明的另一实施例的模拟数字转换装置的示意图。

图6为依据本发明的一实施例的模拟数字转换方法的流程图。

【主要元件符号说明】

200：模拟数字转换装置

211～212：电平调整单元

220：多工器

230：模拟数字转换器

240：线性区间侦测单元

DF：偏移控制信息

ST：测试信号

S11～S12：输入信号

DST：测试数据流

DS11～DS12：输出数据流

241：区间侦测器

242：控制器

243：数字波形产生器

244：偏移调整器

DA：区域信息

DT1：调整信息

DT2：操作信息

EN：使能信息

DSF：参考数据流

410～420：转换曲线

AL41～AL42：线性区

AN41～AN42：非线性区

250：模拟波形产生器

S610～S640：用以说明图6实施例的各步骤流程。

具体实施方式

图2为依据本发明的一实施例的模拟数字转换装置的示意图。参照图2，模拟数字转换装置200包括电平调整单元211～212、多工器220、模拟数字转换器230与线性区间侦测单元240。其中，多工器220电性连接在电平调整单元211～212与模拟数字转换器230之间，并用以将来自电平调整单元211～212的信号择一输出至模拟数字转换器230。此外，线性区间侦测单元240电性连接在模拟数字转换器230与电平调整单元211～212之间，并用以提供一偏移控制信息DF。

在操作上，模拟数字转换装置200具有一调整模式与一操作模式。其中，在调整模式下，可通过电平调整单元211～212传送相同或是相异的两测试信号ST至多工器220，其中测试信号ST可例如是斜波、三角波、锯齿波或是弦波。由此，多工器220将从两测试信号ST中择一输至模拟数字转换器230。此外，模拟数字转换器230会将测试信号ST转换成一测试数据流DST。在调整模式下，线性区间侦测单元240会利用测试数据流DST取得模拟数字转换器230的转换曲线，并依据转换曲线的线性区而决定是否调整偏移控制信息DF。换言之，在调整模式下，模拟数字转换装置200主要是通过线性区间侦测单元240，来侦测模拟数字转换器230的转换曲线的线性区，并据以控制偏移控制信息DF。

另一方面，在操作模式下，线性区间侦测单元240会停止侦测的动作，并持续地输出在调整模式下所取得的偏移控制信息DF。此外，此时的电平调整单元211～212将接收输入信号S11～S12，并传送输入信号S11～S12至多工器220。值得注意的是，在传送输入信号S11～S12之前，电平调整单元211～212皆会依据偏移控制信息DF调整输入信号S11～S12的直流电平，以致使输入信号S11～S12位于模拟数字转换器230的转换曲线的线性区内。再者，多工器220会从输入信号S11～S12中择一输出至模拟数字转换器230。

当输入信号S11被选取时，模拟数字转换器230会将输入信号S11转换成相应的输出数据流DS11。反之，当输入信号S12被选取时，模拟数字转换器230则会将输入信号S12转换成相应的输出数据流DS12。值得一提的是，由于输入信号S11～S12皆被调整至模拟数字转换器230的转换曲线的线性区内，因此模拟数字转换器230所输出的输出数据流DS11与DS12将不会产生失真的情况。换言之，在操作模式下，模拟数字转换装置200主要是利用偏移控制信息DF来调整输入信号S11～S12的直流电平，以致使模拟数字转换器230所产生的输出数据流不会失真。

为了致使本领域技术人员能更加了解本发明，以下将针对线性区间侦测单元240的内部结构作更进一步的说明。参照图2，线性区间侦测单元240包括区间侦测器241、控制器242、数字波形产生器243与偏移调整器244。其中，区间侦测器241电性连接模拟数字转换器230。控制器242电性连接区间侦测器241。此外，数字波形产生器243与偏移调整器244电性连接电平调整单元211～212。

在操作上，关于测试信号ST所对应的多个模拟电压已预先储存在区间侦测器241中。此外，在调整模式下，区间侦测器241会依据上述多个模拟电压逐一记录测试数据流DST中的多个数字码，进而取得模拟数字转换器230的转换曲线。在实际应用上，模拟数字转换器230的转换曲线可能会出现非理想的状况，因此区间侦测器241会更进一步地侦测出转换曲线的线性区。

举例来说，图3A至图3C分别为依据本发明的一实施例的转换曲线的示意图，其中X轴为测试信号ST所对应的多个模拟电压，且Y轴为测试数据流DST中的多个数字码。如图3A至图3C所示，一般常见的非理想的转换曲线包括三种情况：缺码(missingcode)、不良的积分/微分非线性误差以及非单调性曲线。

参照图3A，在缺码的情况下，模拟数字转换器230所输出的某个数字码会完全不会出现。例如，在图3A中，当模拟电压固定在2.1伏特时，数字码有可能会在63或65之间一直跳动，进而产生突波(glitch)的现象。为了避免上述情况，区间侦测器241会判别所述多个数字码中是否有至少一特定数字码并未出现。倘若有至少一特定数字码并未出现时，区间侦测器241将利用该至少一特定数字码划分出转换曲线的非线性区域，并进而利用非线性区域划分出转换曲线的线性区域。

参照图3B，在不良的积分/微分非线性误差下，所有的数字码皆会出现，但会有多个模拟电压对应到同样的数字码。例如，在图3B中，模拟电压在1.9和2.0伏特时皆对应到数字码(66)。为了避免上述情况，区间侦测器241会判别所述多个数字码中是否有至少一特定数字码停留超过一预设时间。倘若有至少一特定数字码停留超过预设时间时，区间侦测器241将利用该至少一特定数字码划分出转换曲线的非线性区域，并进而利用非线性区域划分出转换曲线的线性区域。

参照图3C，在非单调性曲线的情况下，可以看到一个数字码可能会对应到多个模拟电压。例如，在图3C中，数字码(70)有可能会对应到3个模拟电压-亦即1.9伏特、2.0伏特、2.1伏特。为了避免上述情况，区间侦测器241会判别转换曲线是否有出现一负斜率。当转换曲线出现负斜率时，区间侦测器241会利用所述多个数字码中用以形成负斜率的数字码来划分出转换曲线的非线性区域，并进而利用非线性区域划分出转换曲线的线性区域。

换言之，在调整模式下，区间侦测器241会判别是否有至少一特定数字码并未出现或是停留超过一预设时间，并判别转换曲线是否有出现负斜率，以由此侦测出转换曲线的线性区。此外，区间侦测器241会依据所侦测到的线性区产生相应的区域信息DA，以致使控制器242可以依据区域信息DA而决定是否产生一调整信息DT1。其中，控制器242可依据区域信息DA来判别转换曲线是否呈现单调性的递增。此外，当判别结果为转换曲线并非是呈现单调性的递增时，控制器242将产生调整信息DT1。相对地，当判别结果为转换曲线是呈现单调性的递增时，控制器242将不会产生调整信息DT1。

举例来说，图4A与图4B分别为依据本发明的另一实施例的转换曲线的示意图。如图4A与图4B所示，通过区间侦测器241将可取得转换曲线410或是420，并进而侦测出转换曲线410的线性区AL41或是转换曲线420的线性区AL42，且AN41与AN42分别是转换曲线410与420的非线性区。在此，控制器242可依据区域信息DA而判别出转换曲线410或是420的线性区并未涵盖整个转换曲线，进而判定转换曲线410或是420并非是呈现单调性的递增。因此，控制器242将产生相应的调整信息DT1。

由此，在调整模式下，当调整信息DT1被产生时，偏移调整器244将依据调整信息DT1调整偏移控制信息DF。反之，当调整信息DT1不被产生时，偏移调整器244会将偏移控制信息DF维持在一初始值。例如，偏移控制信息DF的初始值是依据转换曲线的中心点来予以设定。另一方面，在操作模式下，区间侦测器241则会停止侦测转换曲线的线性区，且控制器242会产生一操作信息DT2。由此，在操作模式下，偏移调整器244将依据操作信息DT2持续地输出在调整模式下所取得的偏移控制信息DF。

值得一提的是，在图2实施例中，测试信号ST的来源主要是由线性区间侦测单元240中的数字波形产生器243来产生。其中，在调整模式下，控制器242会产生一使能信息EN给数字波形产生器243。由此，数字波形产生器243将产生参考数据流DSF。此外，电平调整单元211与电平调整单元212将接收参考数据流DSF，并将数字形式的参考数据流DSF转换成模拟形式的测试信号ST。再者，在调整模式下，电平调整单元211与电平调整单元212传送测试信号ST至多工器220。

此外，测试信号ST也可直接由模拟波形产生器或是外部波形产生器来直接提供。举例来说，图5为依据本发明的另一实施例的模拟数字转换装置的示意图。请同时参照图2与图5来看，两者最大不同之处在于，图5中的模拟数字转换装置200还包括模拟波形产生器250，且线性区间侦测单元240中并未设置数字波形产生器。由此，在图5实施例中，模拟波形产生器250会在调整模式下，直接供应测试信号ST给电平调整单元211与电平调整单元212，以致使电平调整单元211与电平调整单元212可以传送测试信号ST至多工器220。

在实际应用上，模拟数字转换装置200可应用至光学储存系统，并用以针对来自光学储存系统的读取通道的射频信号与来自伺服通道的伺服信号进行转换。其中，在光学储存系统初始化的过程中，可先关闭系统内的激光二极管，并将光学读取头移至底端，避免受到光学系统的反射信号所干扰，且将模拟数字转换装置200切换至调整模式。由此，在光学储存系统初始化的过程中，模拟数字转换装置200也将侦测出其内部模拟数字转换器230的转换曲线的线性区。

由此，当光学储存系统正常运行时，模拟数字转换装置200将相应地切换至操作模式，以通过电平调整单元211～212分别接收射频信号和伺服信号。亦即，此时的射频信号和伺服信号相当于之前所述的输入信号S11～S12。换言之，当光学储存系统正常运行时，电平调整单元211～212将会把射频信号和伺服信号分别调整至模拟数字转换器230的转换曲线的线性区。由此，光学储存系统利用模拟数字转换装置200所转换出的输出数据流将不会引发信号变形与失真的问题，进而提升光学储存系统的读碟能力以及伺服控制信号的品质。

此外，在实际应用上，倘若模拟数字转换装置200只需针对单一通道的信号进行转换，本领域技术人员也可依据设计所需将模拟数字转换装置200中的电平调整单元212与多工器220予以移除。此时，模拟数字转换装置200依旧可将来自单一通道的信号调整至转换曲线的线性区，并进而对来自单一通道的信号进行转换。换言之，图2与图5实施例所列举的模拟数字转换装置200并非用以限定本发明，本领域技术人员可依设计所需选择性地移除电平调整单元212与多工器220。

从另一观点来看，图6为依据本发明的一实施例的模拟数字转换方法的流程图，其中所述模拟数字转换方法适用于一模拟数字转换装置。参照图6，如步骤S610所示，在调整模式下，将传送测试信号，并将测试信号转换成测试数据流。接着，如步骤S620所示，利用测试数据流取得转换曲线，并依据转换曲线的线性区而决定是否调整偏移控制信息。换言之，在调整模式下，将可侦测出转换曲线的线性区，并据以控制偏移控制信息。另一方面，如步骤S630所示，在操作模式下，依据偏移控制信息调整输入信号的直流电平，以致使输入信号位于转换曲线的线性区内。此外，如步骤S640所示，传送输入信号，并将输入信号转换成输出数据流。换言之，在操作模式下，将可利用偏移控制信息调整输入信号，以确保输出数据流不会产生失真的问题。至于本实施例的模拟数字转换方法的详细说明已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。

综上所述，本发明是先侦测出转换曲线的线性区，并依据转换曲线的线性区来据以控制偏移控制信息。由此，当输入信号要进行转换时，本发明可先利用偏移控制信息将输入信号调整至转换曲线的线性区内，之后再对输入信号进行转换。如此一来，将可确保由输入信号转换而来的输出数据流不会引发信号变形与失真的问题。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种模拟数字转换装置，包括：

一第一电平调整单元，在一调整模式下传送一测试信号，并在一操作模式下传送一第一输入信号；

一模拟数字转换器，转换该测试信号以产生一测试数据流，或是转换该第一输入信号以产生一第一输出数据流；以及

一线性区间侦测单元，在该调整模式下，利用该测试数据流取得该模拟数字转换器的一转换曲线，并依据该转换曲线的线性区而决定是否调整一偏移控制信息，且在该操作模式下，持续输出该偏移控制信息，

其中，在传送该第一输入信号之前，该第一电平调整单元依据该偏移控制信息调整该第一输入信号的直流电平，以致使该第一输入信号位于该转换曲线的线性区内。

2.根据权利要求1所述的模拟数字转换装置，其中该线性区间侦测单元包括：

一区间侦测器，在该调整模式下，依据对应于该测试信号的多个模拟电压记录该测试数据流中的多个数字码以取得该转换曲线，并侦测该转换曲线的线性区以产生一区域信息；

一控制器，在该调整模式下，依据该区域信息而决定是否产生一调整信息，并在该操作模式下，产生一操作信息；以及

一偏移调整器，在该调整模式下，依据该调整信息的产生与否而决定是否调整该偏移控制信息，并在该操作模式下，依据该操作信息持续输出该偏移控制信息。

3.根据权利要求2所述的模拟数字转换装置，其中该区间侦测器判别所述数字码中是否有至少一特定数字码并未出现或是停留超过一预设时间，并判别该转换曲线是否有出现一负斜率，以由此侦测出该转换曲线的线性区。

4.根据权利要求2所述的模拟数字转换装置，其中该线性区间侦测单元还包括：

一数字波形产生器，在该调整模式下产生一参考数据流，其中该第一电平调整单元接收该参考数据流，并将该参考数据流转换成该测试信号。

5.根据权利要求1所述的模拟数字转换装置，还包括：

一模拟波形产生器，在该调整模式下，产生该测试信号。

6.根据权利要求1所述的模拟数字转换装置，还包括：

一第二电平调整单元，在该操作模式下，依据该偏移控制信息调整一第二输入信号的直流电平，以致使该第二输入信号位于该转换曲线的线性区内，并传送该第二输入信号；以及

一多工器，在该操作模式下，从该第一输入信号与该第二输入信号中择一输出，

其中，当该多工器输出该第一输入信号时，该模拟数字转换器将该第一输入信号转换成该第一输出数据流，当该多工器输出该第二输入信号时，该模拟数字转换器将该第二输入信号转换成一第二输出数据流。

7.一种模拟数字转换方法，适用于一模拟数字转换装置，且该模拟数字转换方法包括：

在一调整模式下，传送一测试信号，并将该测试信号转换成一测试数据流；

利用该测试数据流取得一转换曲线，并依据该转换曲线的线性区而决定是否调整一偏移控制信息；

在一操作模式下，依据该偏移控制信息调整一第一输入信号的直流电平，以致使该第一输入信号位于该转换曲线的线性区内；以及

传送该第一输入信号，并将该第一输入信号转换成一第一输出数据流。

8.根据权利要求7所述的模拟数字转换方法，其中利用该测试数据流取得该转换曲线，并依据该转换曲线的线性区而决定是否调整该偏移控制信息的步骤包括：

依据对应于该测试信号的多个模拟电压记录该测试数据流中的多个数字码，以取得该转换曲线；

侦测该转换曲线的线性区，以产生一区域信息；

依据该区域信息而决定是否产生一调整信息；

当该调整信息被产生时，依据该调整信息调整该偏移控制信息；以及

当该调整信息不被产生时，将该偏移控制信息维持在一初始值。

9.根据权利要求8所述的模拟数字转换方法，其中侦测该转换曲线的线性区的步骤包括：

判别所述数字码中是否有至少一特定数字码并未出现或是停留超过一预设时间；

当有该至少一特定数字码并未出现或是停留超过该预设时间时，利用该至少一特定数字码划分出该转换曲线的一第一非线性区域；

判别该转换曲线是否有出现一负斜率；

当该转换曲线出现该负斜率时，利用所述数字码中用以形成该负斜率的数字码划分出该转换曲线的一第二非线性区域；以及

利用该第一非线性区域与该第二非线性区域划分出该转换曲线的线性区。

10.根据权利要求7所述的模拟数字转换方法，还包括：

在该调整模式下，产生一参考数据流；以及

将该参考数据流转换成该测试信号。

11.根据权利要求7所述的模拟数字转换方法，还包括：

在该调整模式下，产生该测试信号。

12.根据权利要求7所述的模拟数字转换方法，还包括：

在该操作模式下，依据该偏移控制信息调整一第二输入信号的直流电平，以致使该第二输入信号位于该转换曲线的线性区内；

传送该第二输入信号；

从该第一输入信号与该第二输入信号中择一输出；以及

当该第一输入信号被输出时，将该第一输入信号转换成该第一输出数据流；以及

当该第二输入信号被输出时，将该第二输入信号转换成一第二输出数据流。