CN1095249C - 模拟信号转换数字信号的波形辩识方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟信号转换数字信号的波形辩识方法，该方法用以求取一模拟输入信号转换数字信号时所需的参考电压值，该参考电压值可由下列方式取得：(1)首先输入一波形信号，(2)将该输入的波形信号依时序进行上缘检波及下缘检波的程序，以获得一上缘值及一下缘值，(3)将序列中的该上缘值及该下缘值求取其平均数，即得一相对参考电压值，(4)依时序集合各该相对参考电压值，即可建立一较佳的参考电压曲线。

Description

模拟信号转换数字信号的波形辩识方法及装置

本发明涉及一种模拟信号转换数字信号的波形辩识方法及装置，尤指一种可应用在将光电转换程序后所得的模拟信号，转换为一数字信号波形的辩识方法及装置而言。

近年来，光电科技日益发展，在生活环境中与光电装置的关系愈来愈密切，且周围应用光电科技的装置也愈来愈多，举凡日常使用的传真机、扫描器、电脑滑鼠、读条码机等等，都是光电科技的产品，这些光电产品的应用原理，皆是将一光电转换程序后所得的模拟信号，转换为一数字信号，再将该数字信号输入逻辑电路或微处理器(Microprocessor)予以处理。

以最常见的电脑滑鼠为例，请参阅图1，该图为现有电脑滑鼠控制装置的示意图，现有的电脑滑鼠控制装置大致上包括一发光二极管10，一光栅11，一光电晶体管12，一固定参考电压14，一比较器15，该电脑滑鼠控制装置的动作原理为：该发光二极管10所发出的光线，透过该光栅11的特殊遮蔽效果，于滑鼠移动时生成明暗相间的光信号，传至该光电晶体管12上，而该光电晶体管12即将明暗相间的光信号进行光电转换，而得一模拟弦波输入信号13，而该比较器15即响应该模拟弦波输入信号13以及该固定参考电压14的输入，就执行比较程序，若该模拟弦波输入信号13大于该固定参考电压14的部分，则视为数字信号的1态，若该模拟弦波输入信号13小于该固定参考电压14的部分，则视为数字信号的0态，故可得一数字信号16，以供处理。

然而，光电科技产品的业界，在长久以来却为一问题所困，该问题即是因光电科技产品在生产过程中，常有无法控制的误差产生。，诸如元件本身(如光电晶体管、发光二极管、光栅..)的参数误差、制程误差(元件歪斜)等等，如此的误差，导致了生产产品合格率下降，请参阅图2，该图为该光电科技产品正常工作时的信号示意图，由图中可知，将该输入信号20与一固定参考电压21作比较，若该输入信号20大于该固定参考电压21的部分，则视为数字信号的1态，该输入信号20小于该固定参考电压21的部分，则视为数字信号的0态，故可得一数字信号22，请参阅图3，该图为该光电科技产品产生误差时的信号示意图，由于参数误差、制程误差等等误差，使得该光电科技产品产生过低电位的输入信号30、以及过高电位的输入信号32，以致分别产生错误的输出信号31以及输出信号32，而经过检测，这些错误信号并非由于机件故障、或设计错误的因素所产生，故吾人可知导致这些生产合格率不高的最主因，正是这些误差。  而针对上述状况，业界所采用以增加生产合格率的手段，是选用较精密的元件以及较精细的机器，然而试验结果不仅大幅提高生产成本，对于生产合格率下降的问题却改善不大。

本发明的目的，即是提供一种可应用在将光电转换程序后所得的模拟信号转换为一数字信号的转换方法及装置。

本发明的另一目的，为提供一种可提高光电产品生产的合格率、并有效节省成本的装置。

本发明涉及一种模拟信号转换数字信号的波形辩识方法，该波形辩识方法是将一模拟输入信号与一参考电压值执行一比较程序，以获得一准确的数字信号，其中该参考电压值可由下列方式取得：(1)首先输入一波形信号；(2)将该输入的波形信号依时序进行上缘检波及下缘检波的程序，以获得一上缘值及一下缘值；(3)将序列中的相邻该上缘值及该下缘值求取一平均数，即得一相对参考电压值；(4)依时序集合各该相对参考电压值，即可建立一较佳的参考电压曲线。

当然，该比较程序是指将该模拟输入信号与该参考电压值作比较，若该模拟输入信号电位值大于该参考电压值，则输出为数字信号的1态，若该模拟输入信号电位值小于该参考电压值，则输出为数字信号的0态。

当然，该平均数可为一算术平均数。

本发明也涉及一种参考电压检测装置，它响应一输入信号，产生一参考电压信号输出，它包括：一电压输出器单元，用以检测该输入信号的电位电平；一检波单元，电连接于该电压输出器单元，用以将该输入信号予以检波，以得到一相对极大值信号以及一相对极小值信号；以及一运算单元，电连接于该检波单元，它响应该相对极大值信号以及该相对极小值信号输入，以产生一参考电压信号输出；以及一时钟脉冲装置，电连接于该电压输出器单元以及该检波单元，它用以产生该动态参考电压检测装置所需的时钟脉冲信号之用。

较好的是，该电压输出器单元更包括：一比较装置，它响应该输入信号以及一电位校正信号的输入，就执行一比较程序，以产生一指标信号输出，该指标信号用以指示该输入信号的电位高低，以作为该电位校正信号调校的依据，一电压输出器控制装置，电连接于该比较装置，它响应该指标信号以及一时钟脉冲信号的输入，以产生一电位控制信号以及一计数信号输出，该电位控制信号是用以控制该电位校正信号的输出，且该计数信号是用以记录该输入信号的状态数据，以及一电压输出器装置，电连接于该第二比较装置与该电压输出器控制装置之间，它响应该电位控制信号的输入，以产生该电位校正信号输出。

较好的是，该电压输出器控制装置更包括一输入电压追踪电路以及一上数/下数计数器，其中该上数/下数计数器是电连接于该输入电压追踪电路，且该上数/下数计数器是响应该计数信号的输入，就执行一计数程序，而产生该电位控制信号输出。

较好的是，该电压输出器装置更包括一分压串联电阻以及一模拟多工器，该模拟多工器是响应该电位控制信号的控制，而调整与该分压串联电阻的接点，以调整该电位校正信号的输出电平。

较好的是，该检波装置更包括：一极值检测电路，一极大值寄存器以及一极小值寄存器，该极大值寄存器以及该极小值寄存器分别电连接于该极值检测电路，该极值检测电路是用以检测该输入信号的电位状态，且当检测得该输入信号出现该相对极大值时，将该输入信号的状态数据存入该极大值寄存器，当检测得该输入信号出现该相对极小值时，将该输入信号的状态数据存入该极小值寄存器。

较好的是，该运算单元更包括一运算装置以及一信号转换装置，该运算装置包括一平均器以及一信号寄存器，该平均器响应该相对极大值信号以及该相对极小值信号输入，就执行一平均程序，产生一平均值信号，并由该信号寄存器撷取该平均值信号而输出，而该信号转换装置包括一分压串联电阻以及一模拟多工器，该模拟多工器是响应该平均值信号的输入，而调整与该分压串联电阻的接点，以获得该参考电压信号。

较好的是，该平均程序是可以求取该相对极大值信号以及该相对极小值信号的算术平均数。

本发明可通过对下面的附图的说明，得到更深入的了解：

图1为现有电脑滑鼠控制装置的示意图。

图2为光电科技产品正常工作时的信号示意图。

图3为光电科技产品产生误差时的信号示意图。

图4为本发明模拟信号转换装置方块示意图。

图5为本发明的模拟信号转换装置的细部方块示意图。

图6为本发明模拟信号转换装置的较佳实施例方块示意图。

图7为本发明中的分压串联电阻的示意图。

图8为本发明的较佳实施例中检波电路检出极大值信号的示意图。

图9为本发明的较佳实施例中检波电路检出极小值信号的示意图。

经由现有技术领域的说明，可知，造成光电科技产品生产合格率无法提高的主因，是由于参数误差、制程误差等等误差所造成，然而这些误差在采用精密仪器及昂贵精细的元件之后仍无法有效加以改善，故本发明乃针对现有技术领域无法解决的问题，提出有效解决问题的方法及装置。

在实际的操作中，一模型(Pattern)经光学机构的光电转换程序后，原本数字形态的信号即因光学机构特性的原因，而转变成一模拟信号，而欲精确地将该模拟信号转换为原模型所代表的数字形态信号，其关键点即是借由判别该模拟信号的换态点位置，而能推知原模型的状态，然而，该模拟信号换态点位置的求取方法，是将一相对参考电压值与该模拟信号作比较，比该相对参考电压值大的值即视作1态，反之则视作0态，如此，即可获得原模型的信号，故可知，只要精确求得相对参考电压值，便可精确地将该模拟信号转换为原模型所代表的数字形态信号。

然而，一经由光电转换程序所得的模拟信号波形，因参数误差、制程误差等等误差，而造成模拟信号波形的电位电平并非时时相同(可由该模拟信号波形中相邻两相对极大值、以及相对极小值是随着模型信号的强弱而随时改变的情形看出)，请参考电压值势必随之变化，故固定一参考电压值，并不能有效而准确的量测原模形的信号。

若，能有效的掌握该相对参考电压值，则可准确的将该模拟信号波形还原为原模型所代表的信号，本发明提供以下较佳的作法：

本方法是一种模拟信号转换数字信号波形的辩识方法，该波形辩识方法是将一模拟输入信号与一参考电压值执行一比较程序，以获得一准确的数字信号，其中该参考电压值可由下列方式取得：(1)首先输入一波形信号；(2)将该输入的波形信号依时序进行上缘检波及下缘检波的程序，以获得一上缘值及一下缘值；(3)将序列中的相邻该上缘值及该下缘值求取其平均数，即得一相对参考电压值；(4)依时序集合各该相对定限电压值，即可建立一较佳的参考电压曲线。

在取得该相对参考电压值的同时，亦将该波形信号与该相对参考电压值比较，比该相对参考电压值大的为1态，反之则为0态，如此可避免仅固定一定限电压值时所造成的误差状况，可有效而准确的量测原模型的信号。

当然，本发明中所求取的平均数是可为算术平均数。

本发明的参考电压检测装置是响应一输入信号，产生一参考电压信号输出，该参考电压信号并非固定不变，而是随输入信号电位的高低，动态调整其电平，使得准确地作为该输入信号的参考电压之用。

因为动态地调整了模拟信号转换时所须的该参考电压信号，使得因参数误差、制程误差等等误差，所造成的输入信号电平漂移(过高或过低)的情形，得以解决，因为当该输入信号电位过低时，该参考电压检测装置可检得该输入信号的电平漂移情形，动态调整参考电压至适当电平，反之，当该输入信号电位过高时，亦可动态调整参考电压至适当电平，以供信号转换的参考电平用。

请参阅图4，该图为本发明的参考电压检测装置的方块示意图，其中包括：一电压输出器单元41，用以检测该输入信号的电位电平；一检波单元42，电连接于该电压输出器单元41，它用以将该输入信号予以检波，以得到一相对极大值信号以及一相对极小值信号；以及一运算单元43，电连接于该检波单元42，它响应该相对极大值信号以及该相对极小值信号输入，以产生一参考电压信号输出；以及一时钟脉冲装置44，电连接于该电压输出器单元41以及该检波单元42，它用以产生该动态参考电压检测装置所需的时钟脉冲信号之用。

又，该运算单元43是电连接于该检波单元42，它响应该极大值信号及该极小值信号输入，产生一平均值信号输出，此平均值信号是介于极大值信号及该极小值信号值中的任一数值，该数值是响应该宽化信号的波形特性而定，例如算术平均数、几何平均数等等。

请参阅图5，该图为本发明的参考电压检测装置细部方块示意图，图中包括一第一比较装置58，一第二比较装置51，一电压输出器控制装置52，一电压输出器装置53，一检波装置54，一运算装置56，一信号转换装置57以及一时钟脉冲产生器55。

其中该第二比较装置51，响应该输入信号50以及一电位校正信号530的输入，就执行一比较程序，而该比较程序是将该输入信号50与该电位校正信号530作比较，若该输入信号50电位值大于该电位校正信号530电位值，则该指标信号510为数字信号的1态，若该输入信号50电位值小于该电位校正信号530电位值，则该指标信号510为数字信号的0态，如此，以产生该指标信号510输出。

该电压输出器控制装置52，电连接于该第二比较装置51，它响应该指标信号510以及一时钟脉冲信号的输入，以产生一电位控制信号5200以及一计数信号520输出，其中该电位控制信号5200是传送电位值信号，而该计数信号520是传送方向、及时钟脉冲(Clock)信号。

该电压输出器装置53，电连接于该第二比较装置51与该电压输出器控制装置52之间，它响应该电位控制信号5200的输入，以产生该电位校正信号530输出，该电位校正信号530可借由上述的该第二比较装置51，与该电压输出器控制装置52，达成一类似反馈控制的功效，使该电位校正信号530的电位值，调整至几近该输入信号50的电位值。

该检波装置54，电连接于该电压输出器装置53以及该电压输出器控制装置52，它响应一计数信号520以及一时钟脉冲信号的输入，就执行一检波程序，该检波程序是依据该计数信号520所传送方向、及时钟脉冲(Clock)信号，判别该输入信号50是否已至极值(分为相对极大值、相对极小值)若该方向信号(代表电位信号累加方向)发生变化，例如由正(电位信号正累加)变负(电位信号负累加)，则可取得相对极大值，反之，若由负变正，则可取得相对极小值，如此便得依时序取得一极值信号540。

该运算装置56，电连接于该检波装置54，它响应该极值信号540(分为相对极大值、相对极小值)的输入，就执行一运算程序，最常见的即为算术平均的运算程序，以得到一平均值信号560输出。

该信号转换装置57，电连接于该运算装置56，它响应该平均值信号560的输入，就执行一信号转换程序，以得到该动态参考电压信号570输出，以及一时钟脉冲产生器55，电连接于该电压输出器装置以及该检波装置，它用以产生本发明的动态参考电压检测装置之中的时钟脉冲信号之用。

请参阅图6，该图为本发明的模拟信号转换装置较佳实施例细部方块示意图，本图所示出的，为达成图5所示方块图之一较佳实施例，故本图中的符号是等同于该图5，其中该第一比较装置58，可以采用一比较器，该第二比较装置51更包括一上缘比较器511以及一下缘比较器512；该电压输出器控制装置52更包括一输入电压追踪电路521以及一上数/下数计数器522；该电压输出器装置53更包括一分压串联电阻532以及一模拟多工器531；当该输入信号50输入该第二比较装置51中时，即分别与输入该上缘比较器511的电位校正上缘信号5301以及输入该下缘比较器512的电位校正下缘信号5302进行比较，由于该电位校正上缘信号5301与该电位较正下缘信号5302所代表的为固定电位差之一电压区间，故经此比较所得的结果，可代表该输入信号50的电位电平是否落于该电压区间内，若该上缘指标信号5101以及该下缘指标信号5102的输出，为数字信号0、0的话，代表该输入信号50的电位电平落于该电压区间之上，若该上缘指标信号5101以及该下缘指标信号5102的输出为数字信号1、1的话，代表该输入信号50的电位电平落于该电压区间之下，同理，若该上缘指标信号5101以及该下缘指标信号5102的输出为数字信号1、0的话，代表该则输入信号50的电位电平落于该电压区间之内，如此，该输入电压追踪电路521，即可依该上缘指标信号5101以及该下缘指标信号5102所输出的数字信号，发出方向计数信号5201(正累加、负累加或不动)及计数信号5202，透过该上数/下数计数器522的传达，进而控制该模拟多工器531，依该方向及计数信号调整其与该分压串联电阻的连接点，以使输出的该电位校正上缘信号5301以及该电位校正下缘信号5302的电位电平更接近该输入信号50的电位电平，上述信号比较及调整分压串联电阻的连接点过程，将一直持续，故该输入信号50的电位漂移问题，便不致于影响后续信号转换的动作。

该检波装置54更包括一极值检测电路541，一极大值寄存器542以及一极小值寄存器543；该运算装置56更包括一平均器561以及一信号寄存器562；该信号转换装置57更包括一分压串联电阻572以及一模拟多工器571，当该输入信号50的极值(相对极大值、相对极小值)产生时，该输入电压追踪电路521所发出方向信号5201必产生方向改变的情形(由正变负或由负变正)，则该极值检测电路541即检测该方向计数信号5201及该计数信号5202的信号状态，在出现输入信号出现相对极值时，将该电位控制信号5200，依性质(相对极大值或相对极小值)分别输入该极大值寄存器542以及该极小值寄存器543，该平均器561则将该极大值信号5401与该极小值信号5402以加运算(算术平均)，所得信号存于信号寄存器562中。

该信号寄存器562所存的信号560与该电位控制信号5200是属同一性质的信号，故将该信号560，输入一电位数值与处理该电位控制信号5200相同的分压串联电阻572以及该模拟多工器571中即可获得所要的参考电压信号570。

请参阅图7，该图为本发明中的分压串联电阻的示意图，由图示可知，该分压串联电阻是由一串联的等值电阻所构成，它利用分压原理，将一外部电源VDD，等分为多个电位区间  (区间0、区间1、区间2、区间3..)，而每一区间皆有一电压上限及电压下限，第N区间的电压上限相当于第N+1区间的电压下限，而第N区间的电压下限则相当于第N-1区间的电压上限。

请参阅图8，该图为本发明的较佳实施例中检波电路检出极大值信号的示意图，请再参阅图6，由图示可知，当输入信号50的电位渐增，并大于该电位区间的上限值时，该上数/下数计数器522便下加1指令，如此，命令该模拟多工器531将该电位校正信号的电位区间加1，复如此，直至该输入信号50的电位由增变减，该上数/下数计数器522下达减1指令时，代表该输入信号50出现一极大值，故该最大值寄存器542便将该极大值储存。

请参阅图9，该图为本发明较佳实施例中检波电路检出极小值信号的示意图，请再参阅图6，由图示可知，当输入信号50的电位渐减，并小于该电位区间的下限值时，该上数/下数计数器522便下减1指令，如此，命令该模拟多工器531将该电位较正信号的电位区间减1，复如此，直至该输入信号50的电位由减变增，该上数/下数计数器522下达加1指令时，代表该输入信号50出现极小值，故该极小值寄存器543便将该极小值储存。

综上所述，本发明所提供的方法及装置确可达辩识精细影像数据，获得较佳影像品质，并提高生产合格率、降低生产成本的功效，易言之，只要符合上述所揭露的创作精神的其他实施方法，可在成本或其它因素衡量下，作一弹性的应用而达同样的目的。

本发明可由熟悉本技术领域的人士作任何变更或修改，然皆不脱离所附权利要求书所限定的保护范围。

Claims (10)

1、一种模拟信号转换数字信号的波形辩识方法，该波形辨识方法是将一模拟输入信号与一参考电压值执行一比较程序，以获得一准确的数字信号，其特征在于，该参考电压值可由下列方式取得：

(1)首先输入一波形信号

(2)将该输入的波形信号依时序进行上缘检波及下缘检波的程序，以获得一上缘值及一下缘值；

(3)将序列中的相邻该上缘值及该下缘值求取一平均数，即得一相对参考电压值；

(4)依时序集合各相对参考电压值，即可建立一较佳的参考电压曲线。

2、如权利要求1所述的模拟信号转换数字信号的波形辨识方法，其中该比较程序是指将该模拟输入信号与该参考电压值作比较，若该模拟输入信号电位值大于该参考电压值，则输出为数字信号的1态，若该模拟输入信号电位值小于该参考电压值，则输出为数字信号的0态。

3、如权利要求1所述的模拟信号转换数字信号的波形辨识方法，其中该平均数可为一算术平均数。

4、一种参考电压检测装置，它响应一输入信号，产生一参考电压信号输出，它包括：

一电压输出器单元，用以检测该输入信号的电位电平，该电压输出器单元更包括一比较装置，它响应该输入信号以及一电位校正信号的输入，就执行一比较程序，以产生一指标信号输出，该指标信号用以指标该输入信号的电位高低，以作为该电位校正信号调校的依据；

一检波单元，电连接于该电压输出器单元，用以将该输入信号予以检波，以得到一相对极大值信号以及一相对极小值信号；以及

一运算单元，电连接于该检波单元，它响应该相对极大值信号以及该相对极小值信号输入，以产生一参考电压信号输出；以及

一时钟脉冲装置，电连接于该电压输出器单元以及该检波单元，它用以产生该动态参考电压检测装置所需的时钟脉冲信号之用。

5、如权利要求4所述的参考电压检测装置，其中该电压输出器单元更包括：

一比较装置，它响应该输入信号以及一电位校正信号的输入，就执行一比较程序，以产生一指标信号输出，该指标信号用以指标该输入信号的电位高低，以作为该电位校正信号调校的依据；

一电压输出器控制装置，电连接于该比较装置，它响应该指标信号以及一时钟脉冲信号的输入，以产生一电位控制信号，以及一计数信号输出，该电位控制信号是用以控制该电位校正信号的输出，且该计数信号是用以记录该输入信号的状态数据；以及

一电压输出器装置，电连接于该比较装置与该电压输出器控制装置之间，它响应该电位控制信号的输入，以产生该电位校正信号输出。

6、如权利要求5所述的参考电压检测装置，其中该电压输出器控制装置更包括：

一输入电压追踪电路；以及

一上数/下数计数器，其中该上数/下数计数器是电连接于该输入电压追踪电路，且该上数/下数计数器是响应该计数信号的输入，就执行一计数程序，而产生该电位控制信号输出。

7、如权利要求5所述的参考电压检测装置，其中该电压输出器装置更包括：

一分压串联电阻；以及

一模拟多工器，该模拟多工器是响应该电位控制信号的控制，而调整与该分压串联电阻的接点，以调整该电位校正信号的输出电平。

8、如权利要求4所述的参考电压检测装置，其中该检波装置更包括：

一极值检测电路；

一极大值寄存器；以及

一极小值寄存器，该极大值寄存器以及该极小值寄存器分别电连接于该极值检测电路，该极值检测电路是用以检测该输入信号的电位状态，且当检测得该输入信号出现该相对极大值时，该输入信号的状态数据存入该极大值寄存器，当检测得该输入信号出现该相对极小值时，将该输入信号的状态数据存入该极小值寄存器。

9、如权利要求4所述的参考电压检测装置，其中该运算单元更包括：

一运算装置，该运算装置包括一平均器以及一信号寄存器，该平均器响应该相对极大值信号以及该相对极小值信号输入，就执行一平均程序，产生一平均值信号，并由该信号寄存器撷取该平均值信号而输出；以及

一信号转换装置，该信号转换装置包括一分压串联电阻以及一模拟多工器，该模拟多工器是响应该平均值信号的输入，而调整与该分压串联电阻的接点，以获得该参考电压信号。

10、如权利要求9所述的参考电压检测装置，其中该平均程序是可以求取该相对极大值信号以及该相对极小值信号的算术平均数。

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