CN111525928A - 一种量化两个输入的模拟数字转换器及量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成电路中数据量化处理技术领域，公开了一种量化同时两个输入的模拟数字转换器及量化方法，用于同时量化处理两个单端待量化信号，且模拟数字转换器包括：数字模拟转换器，共设有两个，分别连接于比较器的正输入端和负输入端，用于采样正负两端的输入信号或基准参考信号；比较器，用于接收两个数字模拟转换器所采样的输入信号，并比较计算两个输入信号的量化差值；数字控制电路，并用于控制模拟数字转换器的量化状态；综上可知，与传统的模拟数字转换器相比，本发明具有实现同时量化、结构和控制原理简单、硬件成本和数据量化成本低、电路功耗少、无需进行时间交织、且无需使用高精度多相位采样时钟的优点。

Description

一种量化两个输入的模拟数字转换器及量化方法

技术领域

本发明属于集成电路中数据量化处理技术领域，具体涉及一种量化两个输入的模拟数字转换器及量化方法,主要结构采用逐次逼近模拟数字转换器，可应用于各种同时量化两路信号的场景。

背景技术

数据量化是数据处理全流程中的必备一环，决定了整个数据流通的数量和数据。数据量化就是如何将模拟信号精准的转换成数字信号，具体实现模拟信号到数字信号转换的电路，称为模拟数字转换器。目前，现有模拟数字转换器种类众多，主要包括流水线结构A/D转换器，逐次逼近模拟数字转换器(SAR ADC)，过采样模拟数字转换器等。

在进行模拟数字转换时，常常需要对多路输入模拟信号进行量化，尤其是同时对两路信号进行量化。针对这一点，现有技术主要采用如下两种量化方法：

(1)如图1的原理所示，使用两个模拟数字转换器，同时对两路输入信号进行量化，得到两个量化结果。本方法虽然可以同时对两路输入信号进行量化，但是需要两个模拟数字转换器，提高了硬件成本，也增大了ADC电路总体的功耗。

(2)如图2的原理所示，使用一个模拟数字转换器，采用时间交织的方式，对输入信号进行量化，得到两个量化结果。本方法虽然仅使用一个模拟数字转换器量化两路输入信号，但是两路信号不能同时被量化，无法满足需要信号同步量化的应用场景；此外，在本方法中，为保证时间交织的精度，需要附加多相位采样时钟，并对多相位采样时钟的精度要求较高，提高了硬件成本。

综上，对现有模拟数字转换器而言，如何低成本的实现两路输入信号同时量化是一个丞待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种量化两个输入的模拟数字转换器及量化方法，即通过量化两个输入信号差值的方式获取两个输入信号的相对关系，然后基于相对关系同步执行两个输入信号的量化，以此有效解决上述背景技术中所提出的问题，从而降低模拟数字转换器的硬件成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种量化两个输入的模拟数字转换器，用于同时量化处理两路输入信号，且模拟数字转换器在一个量化处理周期中包括三个量化状态，三个所述量化状态分别为：量化处理两路输入信号的差值、量化处理一路输入信号的量化值、计算另一路输入信号的量化值；所述模拟数字转换器包括数字模拟转换器、比较器和数字控制电路；

所述数字模拟转换器共设有两个，分别连接于比较器的正输入端和负输入端，用于采样正负两端的输入信号或基准参考信号；

所述比较器用于接收两个数字模拟转换器所采样的输入信号，并比较计算两个输入信号的量化差值；

所述数字控制电路连接于比较器的输出端，并用于控制模拟数字转换器的量化状态；

其中：

所述模拟数字转换器为量化两路输入信号的差值状态时，两个所述数字模拟转换器同时采样正负两端的两路输入信号，所述模拟数字转换器获得两路输入信号的量化差值；

所述模拟数字转换器为量化一路输入信号的量化值状态时，其中一个所述数字模拟转换器采样基准参考信号，所述模拟数字转换器获得另一路输入信号的量化值；

两路所述输入信号的量化值关系为：一个量化值±量化差值＝另一个量化值。

优选的，所述模拟数字转换器还包括输出开关阵列，连接于数字控制电路的输出端，且输出开关阵列用于输出两个输入信号的量化差值和量化值。

优选的，在一个量化处理周期中，两个所述数字模拟转换器的输入信号的采样顺序为：先采样两路输入信号；后采样一路基准参考信号。

优选的，所述模拟数字转换器中，两路所述输入信号同时被采样，量化值同时输出。

优选的，两个所述数字模拟转换器的输入端均连接有放大器，且放大器用于放大输入信号。

优选的，两个所述数字模拟转换器的输入端均连接有采样开关，且放大器位于采样开关与数字模拟转换器之间。

优选的，两个所述数字模拟转换器均为电容型数字模拟转换器，包括下级板和上极板，且采样开关与下级板或上极板连接。

优选的，所述采样开关采样时，采样开关闭合；量化处理时，采样开关断开。

优选的，其中一个所述数字模拟转换器采样基准参考信号时：闭合接通数字模拟转换器的采样开关与基准电压。

一种量化两个输入的量化方法，基于上述模拟数字转换器执行，具体包括如下步骤：

采样两路输入信号，量化处理并获取两路输入信号的量化差值；

采样一路基准参考信号，以基准参考信号替代一路输入信号，量化处理并获取另一路输入信号的量化值；

基于量化差值和一个量化值，计算并获取另一个量化值；

同步输出量化差值和两个量化值。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

在本发明中，同时量化两个输入信号时，首先量化两个输入信号的差值，然后基于差值和其中一个输入信号的量化结果，即可自动获取另一个输入信号的量化结果，由此可有效实现两个输入信号的同步量化。

相对于传统的使用两个模拟数字转换器的方法，本发明仅需一个模拟数字转换器，降低了数据量化成本，同时减少了电路功耗；由此，在应用于多路输入信号的量化时，可有效减少一半数量的模拟数字转换器。

相对于传统的使用一个数字模拟转换器，采用时间交织的方式进行量化的方法，本发明两次使用了模拟数字转换器，无需进行时间交织，也无需设置精准的多相位采样时钟，在此基础上还能同时实现两个输入信号的量化，从而有效减小了数字模拟转换器的设计难度，并降低了硬件成本。

附图说明

图1为现有使用两个模拟数字转换器量化两个输入信号时的原理结构图；

图2为现有使用一个模拟数字转换器量化两个输入信号时的原理结构图；

图3为本发明所提供的模拟数字转换器的结构示意图；

图4为利用本发明所提供的模拟数字转换器进行量化处理时的时序图；

图5为本发明所提供的模拟数字转换器中数字模拟转换器的电路示意图；

图6为本发明所提供的量化方法的流程图；

图7为利用本发明所提供的模拟数字转换器进行量化处理时的流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

在本实施例中，提供了一种量化两个输入的量化方法，且基于该方法进行量化时，两个输入同步完成量化处理；关于量化方法的流程请参阅图6所示，并基于图示可知量化方法具体包括如下步骤：

S1.采样两路输入信号，量化处理并获取两路输入信号的量化差值；

S2.采样一路基准参考信号，以基准参考信号替代一路输入信号，量化处理并获取另一路输入信号的量化值；

S3.基于量化差值和一个量化值，计算并获取另一个量化值。

S4.同步输出量化差值和两个量化值。

综上，上述图示及描述中，虽然将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被择一的、并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。并且，当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等。

实施例二

在本实施例中，提供了一种量化两个输入的模拟数字转换器，该模拟数字转换器用于同时量化处理两路输入信号，且模拟数字转换器在一个量化处理周期中包括三个量化状态，其三个量化状态分别为：量化处理两路输入信号的差值、量化处理一路输入信号的量化值、计算另一路输入信号的量化值，且在执行量化处理时采样上述公开的量化方法执行；

所述的模拟数字转换器的具体结构请参阅图3所示，包括：数字模拟转换器、比较器、数字控制电路和输出开关阵列；

数字模拟转换器共设有两个，分别连接于比较器的正输入端和负输入端，用于采样正负两端的输入信号或基准参考信号；

在本实施例中，关于数字模拟转换器：

两个数字模拟转换器的输入端均连接有放大器，且放大器用于放大采样的输入信号。

数字模拟转换器的采样具体由采样开关执行：两个数字模拟转换器的输入端均连接有采样开关，且放大器位于采样开关与数字模拟转换器之间。上述两个采样开关在执行采用时，两个采样开关均闭合，对应正负两端的两路输入信号同时被采样。

另外，请继续参阅图5所示，并结合图示中的电路结构可知，上述两个数字模拟转换器均为电容型数字模拟转换器，包括下级板和上极板，且采样开关与下级板或上极板连接。

比较器用于接收两个数字模拟转换器所采样的输入信号，并比较计算两个输入信号的量化差值；

数字控制电路连接于比较器的输出端，并用于控制模拟数字转换器的量化状态；

其中：

模拟数字转换器为量化两路输入信号的差值状态时，两个数字模拟转换器同时采样正负两端的两路输入信号，模拟数字转换器获得两路输入信号的量化差值；

模拟数字转换器为量化一路输入信号的量化值状态时，其中一个数字模拟转换器采样基准参考信号，模拟数字转换器获得另一路输入信号的量化值；

两路输入信号的量化值关系为：一个量化值±量化差值＝另一个量化值。

输出开关阵列包括正端开关阵列和负端开关阵列，连接于数字控制电路的输出端，且输出开关阵列用于输出两个输入信号的量化差值和量化值。具体，关于量化差值和量化值输出，同时执行。

在本实施例中，基于上述量化方法中公开的量化顺序进行如下具体解释：

综上可知，在模拟数字转换器的在一个量化处理周期中，两个数字模拟转换器的输入信号的采样顺序为：先采样两路输入信号；后采样一路基准参考信号。其中，模拟数字转换器在采样一路基准参考信号时，闭合接通该数字模拟转换器的采样开关与基准电压。

具体，关于一个量化处理周期指从信号采样到信号输出的一个完整量化过程，而一个完整量化过程中包括采样周期和量化周期，处于采样周期时，采样开关闭合采样，模拟数字转换器执行输入信号采样；处于量化周期时，采样开关断开，模拟数字转换器执行输入信号量化。

综上，基于上述模拟数字转换器的结构和上述限定的量化顺序，可获取图7所示的量化流程，且在本示例流程中以首先量化正端输入信号为例；

步骤一：通过正负两端的数字模拟转换器同步采样两个待量化信号，采样后，通过比较器比较计算两个待量化信号的量化差值，得到量化结果1；

由上可知，在本步骤中，模拟数字转换器处于量化两路输入信号的差值状态；

由上可知，具体在本步骤中，完成采样后需断开采样开关。

步骤二：通过数字控制电路控制负端数字模拟转换器复位，即闭合负端数字模拟转换器的采样开关，使其与基准电压接通，由此使负端数字模拟转换器采样基准电压；采样后，通过数字模拟转换器与比较器配合获得正端数字模拟转换器所采样的正端输入信号的量化值，该量化值记为量化结果2；

在本示例中，关于基准电压的具体电压值不做限定。示例的，与输入信号不同的任一电压值均可作为参考的基准电压。

由上可知，在本步骤中，模拟数字转换器处于量化一路输入信号的量化值状态。

具体在本步骤中，正端数字模拟转换器指与比较器正输入端相连接的数字模拟转换器；负端数字模拟转换器指与比较器负输入端相连接的数字模拟转换器，且量化的一路输入信号为正端输入信号。

对应的步骤二中所获得的量化结果2为：正端数字模拟转换器所采样的待量化信号的量化结果，即正端信号量化结果＝量化结果2。

步骤三：基于上述步骤一中的量化结果1、及步骤二中的量化结果2，通过计算量化结果2与量化结果1的差值即可获取量化结果3(即量化结果2－量化结果1＝量化结果3)；具体，量化结果3对应为：负端数字模拟转换器所采样的输入信号的量化结果。

综上所述

基于上述量化流程，可简化得出整体模拟数字转换器在量化处理过程中的时序图，其该时序图具体如图4所示。

在实际应用中，得到量化结果2之后，便快速执行“量化结果2－量化结果1”的计算，而现有模拟数字转换器均具有较好的计算能力，并且上述关于实际量化值的计算方式也较为简单，使得上述计算时间极短(可忽略不计)，由此可将第一个信号的量化结果与第二信号的量化结果视为同时获取的，从而有效实现了两个输入信号的同步量化。基于此，在本实施例提供的模拟数字转换器中，两个待量化信号的实际量化值可同时输出。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于，用于同时量化处理两路输入信号，且模拟数字转换器在一个量化处理周期中包括三个量化状态，三个所述量化状态分别为：量化处理两路输入信号的差值、量化处理一路输入信号的量化值、计算另一路输入信号的量化值；所述模拟数字转换器包括数字模拟转换器、比较器和数字控制电路；

所述数字模拟转换器共设有两个，分别连接于比较器的正输入端和负输入端，用于采样正负两端的输入信号或基准参考信号；

所述比较器用于接收两个数字模拟转换器所采样的输入信号，并比较计算两个输入信号的量化差值；

所述数字控制电路连接于比较器的输出端，并用于控制模拟数字转换器的量化状态；

其中：

所述模拟数字转换器为量化两路输入信号的差值状态时，两个所述数字模拟转换器同时采样正负两端的两路输入信号，所述模拟数字转换器获得两路输入信号的量化差值；

所述模拟数字转换器为量化一路输入信号的量化值状态时，其中一个所述数字模拟转换器采样基准参考信号，所述模拟数字转换器获得另一路输入信号的量化值；

两路所述输入信号的量化值关系为：一个量化值±量化差值＝另一个量化值。

2.根据权利要求1所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于，所述模拟数字转换器还包括输出开关阵列，连接于数字控制电路的输出端，且输出开关阵列用于输出两个输入信号的量化差值和量化值。

3.根据权利要求2所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于，在一个量化处理周期中，两个所述数字模拟转换器的输入信号的采样顺序为：先采样两路输入信号；后采样一路基准参考信号。

4.根据权利要求2所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于，所述模拟数字转换器中，两路所述输入信号同时被采样，量化值同时输出。

5.根据权利要求2所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于：两个所述数字模拟转换器的输入端均连接有放大器，且放大器用于放大输入信号。

6.根据权利要求5所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于：两个所述数字模拟转换器的输入端均连接有采样开关，且放大器位于采样开关与数字模拟转换器之间。

7.根据权利要求6所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于：两个所述数字模拟转换器均为电容型数字模拟转换器，包括下级板和上极板，且采样开关与下级板或上极板连接。

8.根据权利要求6所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于，所述采样开关采样时，采样开关闭合；量化处理时，采样开关断开。

9.根据权利要求8中任意一项所述的一种量化两个输入的模拟数字转换器，其特征在于，其中一个所述数字模拟转换器采样基准参考信号时：闭合接通数字模拟转换器的采样开关与基准电压。

10.一种量化两个输入的量化方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任意一项所述的模拟数字转换器执行，且量化方法包括如下步骤：

采样两路输入信号，量化处理并获取两路输入信号的量化差值；

采样一路基准参考信号，以基准参考信号替代一路输入信号，量化处理并获取另一路输入信号的量化值；

基于量化差值和一个量化值，计算并获取另一个量化值；

同步输出量化差值和两个量化值。

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