CN107682013A - 数字脉冲统计过滤电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对数字脉冲信号统计过滤处理的数字电路。该电路包括16位计数器Count1、具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2、K:1数据选择器MUX、第一8:1数据选择器MUX1、第二8:1数据选择器MUX2、16:1数据选择器MUX3、脉冲吞咽控制电路、复位信号产生电路、扫描序列发生器、窗口信号发生器、信号对比电路和读出控制器。本发明的优点是：能够自动检测数字脉冲的特性，并输出占空比特性和高低电平统计特性，为模数转换器中误差校准系统对数字脉冲信号进行进一步处理提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及模数转换器的误差检测处理电路，特别是一种用于流水线模数转换器的数字脉冲统计过滤电路。
背景技术
随着数字信号处理技术的不断发展，电子系统的数字化和集成化是必然趋势。然而现实中的信号大都是连续变化的模拟量，需经过模数转换变成数字信号方可输入到数字系统中进行处理和控制，因而模数转换器(ADC)在未来的数字系统设计中是不可或缺的组成部分。在宽带通信、数字高清电视和雷达等应用领域，系统要求模数转换器同时具有非常高的采样速率和分辨率。这些应用领域的便携式终端产品对于模数转换器的要求不仅要高采样速率和高分辨率，其功耗还应该最小化。
目前，能够同时实现高采样速率和高分辨率的模数转换器结构为流水线结构模数转换器。流水线结构是一种多级的转换结构，每一级使用低精度的基本结构的模数转换器，输入信号经过一级级的处理，最后由每级的结果组合生成高精度的输出。其基本思想就是把总体上要求的转换精度平均分配到每一级，每一级的转换结果合并在一起可以得到最终的转换结果。由于流水线结构模数转换器可以在速度、功耗和芯片面积上实现最好的折中，因此在实现较高精度的模数转换时仍然能保持较高的速度和较低的功耗。
由于工艺非理想特性影响，为实现12位以上的高速高精度流水线ADC，一般都需要采用误差校准电路，而采用数字校准技术则可以实现更低的功耗。要实现数字校准技术，首先需要正确检测出ADC中各类误差的大小，再采取相应的措施来进行误差校准。而各类误差检测之后需要转换为数字误差量供数字算法电路进行处理，因此该数字误差量的精确性和抗干扰特性就异常重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于流水线模数转换器的数字脉冲统计过滤电路，可对检测得到的数字脉冲进行统计过滤，最终得到高精度数字误差量，提高流水线模数转换器的性能。
按照本发明提供的技术方案，所述数字脉冲统计过滤电路包括：16位计数器Count1、具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2、K∶1数据选择器MUX、第一8∶1数据选择器MUX1、第二8∶1数据选择器MUX2、16∶1数据选择器MUX3、脉冲吞咽控制电路、复位信号产生电路、扫描序列发生器、窗口信号发生器、信号对比电路和读出控制器；连接关系为：输入复位信号连接到具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第1输入端和复位信号产生电路的复位端；K∶1数据选择器MUX的K个输入端分别连接K个输入数字脉冲信号，K∶1数据选择器MUX的输出端连接到第二8∶1数据选择器MUX2的数据输入端；第二8∶1数据选择器MUX2的控制输入端连接输入选择控制信号，第二8∶1数据选择器MUX2的输出使能端连接到具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第2输入端；具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第3输入端连接到脉冲吞咽控制电路的输出端，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第4输入端连接输入时钟，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的输出端连接到16∶1数据选择器MUX3的数据输入端和读出控制器的数据输入端；16∶1数据选择器MUX3的控制信号输入端连接到扫描序列发生器的输出端，16∶1数据选择器MUX3的数据输出端连接到信号对比电路的第1数据输入端，信号对比电路的第2数据输入端连接到窗口信号发生器的输出端，信号对比电路的输出端输出标志信号SGN；读出控制器的输出端输出状态信号B3；复位信号产生电路的输出端分别连接到脉冲吞咽控制电路的复位信号输入端、扫描序列发生器的复位信号输入端和16位计数器Count1的复位信号输入端；16位计数器Count1还连接输入时钟，16位计数器Count1的低4位输出端连接到脉冲吞咽控制电路的控制信号输入端，16位计数器Count1的高8位输出端连接到第一8∶1数据选择器MUX1数据信号输入端；第一8∶1数据选择器MUX1的输出端连接到复位信号产生电路的数据输入端；其中K为正整数。
所述复位信号由0变为1时，启动16位计数器Count1，吞咽脉冲控制电路也开始工作，输出一个与主时钟16分频，且占空比为0.5的时钟，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2开始计数；16位计数器Count1计满后，第一8∶1数据选择器MUX1输出变为高电平，复位信号产生电路输出复位信号，16位计数器Count1和吞咽脉冲控制电路被复位，输出低电平；扫描序列发生器开始工作，输出4位扫描脉冲，依次输出0～15共16个状态，使得具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2中的每一位都被扫描输出，并分四次被读入到状态信号B3中；窗口信号发生器产生一个观察窗口信号，该信号与扫描序列相配合，用于判断具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2中某一位是否为高电平，若具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2中被窗口信号选中的那一位为高电平，则标志信号SGN为高电平，反之为低电平。
由于脉冲吞咽，导致所述具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2计数的数值是16位计数器Count1的1/16。
具体的，所述具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2要处在计数状态，必须同时满足以下三个条件：一、复位信号为高电平，二、脉冲吞咽控制电路的输出的吞咽控制脉冲信号处于高电平期间，三、第二8∶1数据选择器MUX2输出的信号为高电平。
本发明的优点是：能够自动检测数字脉冲的特性，并输出占空比特性和高低电平统计特性，为模数转换器中误差校准系统对数字脉冲信号进行进一步处理提供依据。
附图说明
图1为本发明数字脉冲统计过滤电路的结构原理图。
图2为本发明数字脉冲统计过滤电路在流水线ADC中应用的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明优选实施例进行详细说明。
图1给出了本发明所述的数字脉冲统计过滤电路的实现原理框图，包含了1个16位计数器Count1 1、1个具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2 2、一个K∶1数据选择器MUX3、2个8∶1数据选择器MUX1 4和MUX25、1个16∶1数据选择器MUX3 6、脉冲吞咽控制电路7、复位信号产生电路8、扫描序列发生器9、窗口信号发生器10、信号对比电路11和读出控制器12，其中K为正整数。
所述数字脉冲统计过滤电路的连接关系为：输入复位信号连接到具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第1输入端和复位信号产生电路8的复位端；K∶1数据选择器MUX的K个输入端分别连接K个输入数字脉冲信号，K∶1数据选择器MUX的输出端连接到第二8∶1数据选择器MUX2的数据输入端；第二8∶1数据选择器MUX2的控制输入端连接输入选择控制信号，第二8∶1数据选择器MUX2的输出使能端连接到具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第2输入端；具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第3输入端连接到脉冲吞咽控制电路7的输出端，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的第4输入端连接输入时钟，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2的输出端连接到16∶1数据选择器MUX3的数据输入端和读出控制器12的数据输入端；16∶1数据选择器MUX3的控制信号输入端连接到扫描序列发生器9的输出端，16∶1数据选择器MUX3的数据输出端连接到信号对比电路11的第1数据输入端，信号对比电路11的第2数据输入端连接到窗口信号发生器10的输出端，信号对比电路11的输出端输出标志信号SGN；读出控制器12的输出端输出状态信号B3；复位信号产生电路8的输出端分别连接到脉冲吞咽控制电路7的复位信号输入端、扫描序列发生器9的复位信号输入端和16位计数器Count1的复位信号输入端；16位计数器Count1还连接输入时钟，16位计数器Count1的低4位输出端连接到脉冲吞咽控制电路7的控制信号输入端，16位计数器Count1的高8位输出端连接到第一8∶1数据选择器MUX1数据信号输入端；第一8∶1数据选择器MUX1的输出端连接到复位信号产生电路8的数据输入端。
所述数字脉冲统计过滤电路中Count1为主计数器，当输入复位信号由0变为1时，Count1开始计数。其高8位输出通过一个8∶1的多路选择器MUX1选择后用于控制复位产生电路，只要MUX1的输出为高电平，复位电路即输出复位信号；Count1的低4位输入吞咽脉冲控制电路。
所述具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2要处在计数状态，必须同时满足以下三个条件：(1)复位信号为高电平；(2)吞咽控制脉冲信号处于高电平期间；(3)数据选择器MUX2选出的信号为高电平。
当MUX2选择出的某个信号为高电平时，说明的某个检测信号的输出为高。所述数字脉冲统计过滤电路工作顺序如下：(1)复位信号由0变为1，启动Count1；(2)吞咽脉冲控制电路也开始工作，输出一个与主时钟16分频，且占空比位0.5的时钟；(3)Count2开始计数，不过计数器的数值是Count1的1/16(由于脉冲吞咽导致)；(4)Count1计满后(MUX1输出变为高电平)，复位信号产生电路输出复位信号，Count1和吞咽脉冲控制电路被复位，输出低电平；(5)扫描序列发生器开始工作，输出4位扫描脉冲，依次输出0～15共16个状态，使得Count2中的每一位都被扫描输出，并分四次被读入到状态信号B3中；(6)窗口信号发生器产生一个观察窗口信号，该信号与扫描序列相配合，用于判断Count2中某一位是否为高电平，若Count2中被窗口信号选中的那一位为高电平，则标志信号SGN为高电平，反之为低电平。
本发明提出的数字脉冲统计过滤电路在高精度电荷域流水线ADC电路中的应用如图2所示。数字脉冲统计过滤电路与校准算法电路相连，并且输入端连接流水线各级的共模检测电路，校准算法电路分别输出到各级共模电荷调整电路，来对流水线各子级电路的共模电荷量进行控制。
所述数字脉冲统计过滤电路在电荷域流水线ADC进入前台校准模式时才起作用。当开始校准后，校准算法电路通过校准控制信号将被检测电荷域流水线ADC的第1级流水线子级的差分输入端短接，并连接到输入共模电压。紧接着，2个共模电荷检测电路被开启，其输出依次被数字脉冲统计过滤电路进行统计处理，然后由校准算法电路进行运算，依次对K个M位调整寄存器进行赋值；第1共模电荷调整电路根据M位调整寄存器的M位数字码产生补偿电压Vadj1，控制第1级流水线子级电路的共模电荷量；校准次序采用从前级向后级依次校准的方式，然后产生补偿电压Vadj2，并保持不变。最后，将第1级流水线子级的差分输入端从共模电平切换到采样保持电路的输出。被检测电荷域流水线ADC结束共模电荷前台校准模式，进入正常工作模式，校准算法电路和数字脉冲统计过滤电路进入休眠模式以降低功耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.数字脉冲统计过滤电路，其特征是：包括16位计数器Count1(1)、具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)、K∶1数据选择器MUX(3)、第一8∶1数据选择器MUX1(4)、第二8∶1数据选择器MUX2(5)、16∶1数据选择器MUX3(6)、脉冲吞咽控制电路(7)、复位信号产生电路(8)、扫描序列发生器(9)、窗口信号发生器(10)、信号对比电路(11)和读出控制器(12)；连接关系为：输入复位信号连接到具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)的第1输入端和复位信号产生电路(8)的复位端；K∶1数据选择器MUX(3)的K个输入端分别连接K个输入数字脉冲信号，K∶1数据选择器MUX(3)的输出端连接到第二8∶1数据选择器MUX2(5)的数据输入端；第二8∶1数据选择器MUX2(5)的控制输入端连接输入选择控制信号，第二8∶1数据选择器MUX2(5)的输出使能端连接到具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)的第2输入端；具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)的第3输入端连接到脉冲吞咽控制电路(7)的输出端，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)的第4输入端连接输入时钟，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)的输出端连接到16∶1数据选择器MUX3(6)的数据输入端和读出控制器(12)的数据输入端；16∶1数据选择器MUX3(6)的控制信号输入端连接到扫描序列发生器(9)的输出端，16∶1数据选择器MUX3(6)的数据输出端连接到信号对比电路(11)的第1数据输入端，信号对比电路(11)的第2数据输入端连接到窗口信号发生器(10)的输出端，信号对比电路(11)的输出端输出标志信号SGN；读出控制器(12)的输出端输出状态信号B3；复位信号产生电路(8)的输出端分别连接到脉冲吞咽控制电路(7)的复位信号输入端、扫描序列发生器(9)的复位信号输入端和16位计数器Count1(1)的复位信号输入端；16位计数器Count1(1)还连接输入时钟，16位计数器Count1(1)的低4位输出端连接到脉冲吞咽控制电路(7)的控制信号输入端，16位计数器Count1(1)的高8位输出端连接到第一8∶1数据选择器MUX1(4)数据信号输入端；第一8∶1数据选择器MUX1(4)的输出端连接到复位信号产生电路(8)的数据输入端；其中K为正整数；
所述复位信号由0变为1时，启动16位计数器Count1(1)，吞咽脉冲控制电路也(7)开始工作，输出一个与主时钟16分频，且占空比为0.5的时钟，具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)开始计数；16位计数器Count1(1)计满后，第一8∶1数据选择器MUX1(4)输出变为高电平，复位信号产生电路(8)输出复位信号，16位计数器Count1(1)和吞咽脉冲控制电路(7)被复位，输出低电平；扫描序列发生器(9)开始工作，输出4位扫描脉冲，依次输出0～15共16个状态，使得具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)中的每一位都被扫描输出，并分四次被读入到状态信号B3中；窗口信号发生器(10)产生一个观察窗口信号，该信号与扫描序列相配合，用于判断具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)中某一位是否为高电平，若具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)中被窗口信号选中的那一位为高电平，则标志信号SGN为高电平，反之为低电平。
2.根据权利要求1所述的数字脉冲统计过滤电路，其特征是，由于脉冲吞咽，所述具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)计数的数值是16位计数器Count1(1)的1/16。
3.根据权利要求1所述的数字脉冲统计过滤电路，其特征是，所述具有脉冲吞咽功能的16位计数器Count2(2)要处在计数状态，必须同时满足以下三个条件：一、复位信号为高电平，二、脉冲吞咽控制电路(7)的输出的吞咽控制脉冲信号处于高电平期间，三、第二8∶1数据选择器MUX2(5)输出的信号为高电平。
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