CN104022783A - 一种温度计码到n位二进制码的转换装置及转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度计码到n位二进制码的转换装置及转换方法，该转换装置包含2^n-2个1位宏单元、2^n-3个2位宏单元、…、2⁰个n-1位宏单元，利用温度计码作为转换装置中不同宏单元的控制信号，分级转换。本发明实现的温度计码到n位二进制码转换的逻辑深度为n-1，最大负载为n-1。本发明公开的转换方法简单易行，转换电路逻辑深度小，负载少，在版图布局时布局简单。

Description

一种温度计码到n位二进制码的转换装置及转换方法

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种温度计码到n位二进制码的转换装置及转换方法。

背景技术

温度计码是一种数字码，该数字码由连续的二进制的0和连续的二进制的1组成，反之亦然。从而温度计码理想地在1序列中不会包含0，在0序列中不会包含1。温度计码常用于模数转换器和时间-数字转换器。在模数转换器中，用于将模拟输入信号如测量的电压转换为数字编码的输出信号。在时间-数字转换器中，用于将相位误差转换为数字编码的信号，送入数字滤波器进行处理。

n位的温度计码有n种排列方式。设1为有效码，若将温度计码第I位设为TI，I为正整数且1≤I≤n-1。当对应十进制数字为D时(0≤D≤n-1)，若D＜I≤n，则对应TI＝0,；若1≤I≤D时，TI＝1；即 $T_I=\left\{\begin{array}{cc}0& 1\≤I\≤D\\ 1& D\≤I\≤n\end{array}\right..$

以下给出的表1显示了n位温度计码(n＝16)的详细说明，其中n表示一个正整数，且n≥1。由此，温度计码由n-1＝15个数字信号组成。

表1

	15位温度计码	二进制输出码	十进制值
				D	T15……T1
＜0	000_0000_0000_0000	0000	0
				0	000_0000_0000_0000	0000	0
1	000_0000_0000_0001	0001	1
				2	000_0000_0000_0011	0010	2
3	000_0000_0000_0111	0011	3
				4	000_0000_0000_1111	0100	4
5	000_0000_0001_1111	0101	5
				6	000_0000_0011_1111	0110	6
7	000_0000_0111_1111	0111	7
				8	000_0000_1111_1111	1000	8
9	000_0001_1111_1111	1001	9
				10	000_0011_1111_1111	1010	10
11	000_0111_1111_1111	1011	11
				12	000_1111_1111_1111	1100	12
13	001_1111_1111_1111	1101	13
				14	011_1111_1111_1111	1110	14
15	111_1111_1111_1111	1111	15
				＞15	111_1111_1111_1111	1111	15

欧洲专利EP0221238B1采用穷举的方法编码。以最低位为例，n＝16；T2T1＝01,T3T4＝01,T6T5＝01,T10T9＝01,T12T11＝01,T14T13＝01,T16T15＝01这八组有一个成立时最低位为1，由此通过一个二输入与门，其中一个端口接低位，正逻辑输入；另一个端口接高位，负逻辑输入；再将八个输入接入一个八输入或门，得到结果。其余二进制位同理。该电路的缺点在于需要设计一个多输入或门，而且随着n的增大，或门需要的输入端口越多。庞大的输入会恶化电路性能，特别是在低电压情况下。

中国专利CN1520041A通过先算高位，由高位选择低位的方法转换。但是，当n＝16时，已经涉及到两个加法器、三个四输入多路选择器和三个四输入或门，所以本身已经具有较高延迟，性能不够优良。

有文献指出，利用多级二输入多路选择器可以实现温度计码到二进制码转换。以n＝16为例，当T8＝1时，最高位为1，剩余三位由T9-T15产生；当T8＝0时，最高位为0，剩余三位由T1-T7产生，剩余三位由此迭代产生。该电路的缺点在于Tn/2需要驱动个二输入路选择器。随着n的增加，Tn/2需要驱动的二输入多路选择器线性增加，导致扇入过大，驱动不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的缺陷，提出了一种逻辑深度小的宏单元及借助其实现的逻辑深度小、负载小的温度计码到n位二进制码的转换装置及转换方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种温度计码到n位二进制码的转换装置，当n为2时，包含1个1位宏单元；

当n为3时，包含2个1位宏单元、1个2位宏单元；

当n为大于等于4的整数时，包含2^n-2个1位宏单元、2^n-3个2位宏单元、…、2⁰个n-1位宏单元；

当n为大于等于2的整数时，对于每个大于等于1且小于等于n-1的整数m，m位宏单元包含m个上端输入端口U1…Um、控制端口Em、m个下端输入端口D1…Dm和m+1个输出端口OUT1…OUTm+1，所述控制端口Em的信号输入至输出端口OUTm+1，所述m个上端输入端口U1…Um、控制端口Em、m个下端输入端口D1…Dm组成所述m位宏单元的输入端口，对于每个大于等于1且小于等于m的整数i，上端输入端口Ui、下端输入端口Di、输出端口OUTi均与控制端口Em组成二输入多路选择器；

其中，当温度计码采用1为有效码、0为无效码格式时，若控制端口Em的信号为1，所述二输入多路选择器将上端输入端口Ui的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号，若控制端口Em的信号为0，所述二输入多路选择器将将下端输入端口Di的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号；当温度计码采用0为有效码、1为无效码格式时，若控制端口Em的信号为1，所述二输入多路选择器将将下端输入端口Di的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号，若控制端口Em的信号为0，所述二输入多路选择器将上端输入端口Ui的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号；

当n为大于等于3的整数时，对于每个大于等于2且小于等于n的整数k，每个k位宏单元的上端输入端口与一个k-1位宏单元的输出端口依次相连，下端输入端口与另一个k-1位宏单元的输出端口依次相连，控制端口Ek排列在所述两个k-1位宏单元的输入端口之间。

本发明还公开了一种基于上述温度计码到n位二进制码的转换装置的转换方法，包含以下步骤：

步骤1),确认温度计码是否小于等于2ⁿ-1位，若小于2ⁿ-1位，则在其最高位前用无效码将其补足至2ⁿ-1位，其中，n为大于等于2的整数；

步骤2)，将2ⁿ-1位温度计码的中间位温度计码即第2^n-1位温度计码作为第n位二进制码输出，并判断其是无效码还是有效码，如果是无效码，选择第1位至第2^n-1-1位温度计码作为需要继续转码的温度计码；如果是有效码，选择第2^n-1+1位至第2ⁿ-1位温度计码作为需要继续转码的温度计码；

步骤3)，对步骤2)中所述需要继续转码的温度计码重新执行步骤2)中二进制码的输出步骤以及需要继续转码的温度计码的选择步骤，直至n位二进制码的转换都被输出。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.温度计码到二进制码转换的转换电路逻辑深度小，负载少；

2.温度计码到二进制码转换的转换方法上下对称，简单易行；

3.转换电路在版图布局时布局简单。

附图说明

图1是本发明提出的n位宏单元；

图2是本发明提出的温度计码到n位二进制码转换方法；

图3是本发明提供的15-to-4温度计码到4位二进制码转换的原理示意图。

具体实施方式

为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明：

假设1为有效码，0为无效码，将2ⁿ-1位温度计码转换为n位二进制码；当第2^n-1位温度计码为0时，则第2^n-1+1位至第2ⁿ-1位温度计码均为0，对应十进制值小于2^n-1，因此第n位温度计码为0，第1位至第2^n-1-1位温度计码转换为剩余n-1位二进制码；当第2^n-1位温度计码为1时，则第1位至第2^n-1-1位温度计码均为1，对应十进制值大于等于2^n-1，因此第n位温度计码为1，第2^n-1+1位至第2ⁿ-1位温度计码转换为剩余n-1位二进制码；

对于温度计码到n-1位二进制码转换，则通过上述方式迭代进行，最终完成温度计码到n位二进制码转换。

如图1和图2所示，本发明公开了一种温度计码到n位二进制码的转换装置:

当n为2时，包含1个1位宏单元；

当n为3时，包含2个1位宏单元、1个2位宏单元；

当n为大于等于4的整数时，包含2n-2个1位宏单元、2n-3个2位宏单元、…、20个n-1位宏单元；

当n为大于等于2的整数时，对于每个大于等于1且小于等于n-1的整数m，m位宏单元包含m个上端输入端口U1…Um、控制端口Em、m个下端输入端口D1…Dm和m+1个输出端口OUT1…OUTm+1，所述控制端口Em的信号输入至输出端口OUTm+1，所述m个上端输入端口U1…Um、控制端口Em、m个下端输入端口D1…Dm组成所述m位宏单元的输入端口，对于每个大于等于1且小于等于m的整数i，上端输入端口Ui、下端输入端口Di、输出端口OUTi均与控制端口Em组成二输入多路选择器；

其中，当温度计码采用1为有效码、0为无效码格式时，若控制端口Em的信号为1，所述二输入多路选择器将上端输入端口Ui的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号，若控制端口Em的信号为0，所述二输入多路选择器将将下端输入端口Di的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号；当温度计码采用0为有效码、1为无效码格式时，若控制端口Em的信号为1，所述二输入多路选择器将将下端输入端口Di的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号，若控制端口Em的信号为0，所述二输入多路选择器将上端输入端口Ui的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号；

当n为大于等于3的整数时，对于每个大于等于2且小于等于n的整数k，每个k位宏单元的上端输入端口与一个k-1位宏单元的输出端口依次相连，下端输入端口与另一个k-1位宏单元的输出端口依次相连，控制端口Ek排列在所述两个k-1位宏单元的输入端口之间。

本发明还公开了一种基于以上转换装置的转换方法，包含以下步骤：

步骤1),确认温度计码是否小于等于2ⁿ-1位，若小于2ⁿ-1位，则在其最高位前用无效码将其补足至2ⁿ-1位，其中，n为大于等于2的整数；

步骤2)，将2ⁿ-1位温度计码的中间位温度计码即第2^n-1位温度计码作为第n位二进制码输出，并判断其是无效码还是有效码，如果是无效码，选择第1位至第2^n-1-1位温度计码作为需要继续转码的温度计码；如果是有效码，选择第2^n-1+1位至第2ⁿ-1位温度计码作为需要继续转码的温度计码；

步骤3)，对步骤2)中所述需要继续转码的温度计码重新执行步骤2)中二进制码的输出步骤以及需要继续转码的温度计码的选择步骤，直至n位二进制码的转换都被输出。

以n＝4为例，对应温度计码位数为15位，1为有效码，如图3所示，具体步骤如下：

1、选取一个转换装置，该装置包含1个3位宏单元，2个2位宏单元，4个1位宏单元；

2、第8位温度计码接入3位宏单元控制端口E3；第12位温度计码接入第1个2位宏单元控制端口E2，第4位温度计码接入第2个2位宏单元控制端口E2；第14位温度计码接入第1个1位宏单元控制端口E1，第10位温度计码接入第2个1位宏单元控制端口E1，第6位温度计码接入第3个1位宏单元控制端口E1，第2位温度计码接入第4个1位宏单元控制端口E1；

3、第15位温度计码接入第1个1位宏单元上端输入端口U1，第13位温度计码接入第1个1位宏单元上端输入端口D1，第11位温度计码接入第2个1位宏单元上端输入端口U1，第9位温度计码接入第2个1位宏单元上端输入端口D1，第7位温度计码接入第3个1位宏单元上端输入端口U1，第5位温度计码接入第3个1位宏单元上端输入端口D1，第3位温度计码接入第4个1位宏单元上端输入端口U1，第1位温度计码接入第4个1位宏单元上端输入端口D1。

以温度计码000_0011_1111_1111为例，1为有效码，0为无效码；在进行转换时，中间位为第8位温度计码，作为第4位二进制码输出，因为第8位为有效码，所以选择第9位至第15位温度计码000_0011作为需要继续转码的温度计码；此时中间码为第12位温度计码，作为第3位二进制码输出，因为第12位为无效码，所以选择第9位至第11位温度计码011作为需要继续转码的温度计码；此时中间码为第10为温度计码，作为第2位二进制码输出，因为第10位为有效码，所以选择第11位温度计码0作为需要继续转码的温度计码，此时温度计码只有一位，本身就是二进制码输出，所以第11位温度计码作为第1位二进制码输出；因此，温度计码000_0011_1111_1111转换为4位二进制码1010。

本发明提供的温度计码到n位二进制码转换装置，用该装置实现温度计码到n位二进制码的转换方法逻辑深度为n-1，最大负载为n-1，最长延迟路径明确；由于是用本发明提供的温度计码到n位二进制码转换装置实现转换的，所以在版图布局时对称，不需要复杂的走线，从而，本发明提供的温度计码到二进制码的转换电路在版图布局时布局简单。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种温度计码到n位二进制码的转换装置，其特征在于:

当n为2时，包含1个1位宏单元；

当n为3时，包含2个1位宏单元、1个2位宏单元；

当n为大于等于4的整数时，包含2^n-2个1位宏单元、2^n-3个2位宏单元、…、2⁰个n-1位宏单元；

当n为大于等于2的整数时，对于每个大于等于1且小于等于n-1的整数m，m位宏单元包含m个上端输入端口U1…Um、控制端口Em、m个下端输入端口D1…Dm和m+1个输出端口OUT1…OUTm+1，所述控制端口Em的信号输入至输出端口OUTm+1，所述m个上端输入端口U1…Um、控制端口Em、m个下端输入端口D1…Dm组成所述m位宏单元的输入端口，对于每个大于等于1且小于等于m的整数i，上端输入端口Ui、下端输入端口Di、输出端口OUTi均与控制端口Em组成二输入多路选择器；

其中，当温度计码采用1为有效码、0为无效码格式时，若控制端口Em的信号为1，所述二输入多路选择器将上端输入端口Ui的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号，若控制端口Em的信号为0，所述二输入多路选择器将将下端输入端口Di的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号；当温度计码采用0为有效码、1为无效码格式时，若控制端口Em的信号为1，所述二输入多路选择器将将下端输入端口Di的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号，若控制端口Em的信号为0，所述二输入多路选择器将上端输入端口Ui的输入信号作为输出端口OUTi的输出信号；

当n为大于等于3的整数时，对于每个大于等于2且小于等于n的整数k，每个k位宏单元的上端输入端口与一个k-1位宏单元的输出端口依次相连，下端输入端口与另一个k-1位宏单元的输出端口依次相连，控制端口Ek排列在所述两个k-1位宏单元的输入端口之间。

2.基于权利要求1所述的一种温度计码到n位二进制码的转换装置的转换方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1),确认温度计码是否小于等于2ⁿ-1位，若小于2ⁿ-1位，则在其最高位前用无效码将其补足至2ⁿ-1位，其中，n为大于等于2的整数；

步骤2)，将2ⁿ-1位温度计码的中间位温度计码即第2^n-1位温度计码作为第n位二进制码输出，并判断其是无效码还是有效码，如果是无效码，选择第1位至第2^n-1-1位温度计码作为需要继续转码的温度计码；如果是有效码，选择第2^n-1+1位至第2ⁿ-1位温度计码作为需要继续转码的温度计码；

步骤3)，对步骤2)中所述需要继续转码的温度计码重新执行步骤2)中二进制码的输出步骤以及需要继续转码的温度计码的选择步骤，直至n位二进制码的转换都被输出。