CN112130447A - 一种传感器信号特征参数的提取方法 - Google Patents

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CN112130447A CN202011009015.6A CN202011009015A CN112130447A CN 112130447 A CN112130447 A CN 112130447A CN 202011009015 A CN202011009015 A CN 202011009015A CN 112130447 A CN112130447 A CN 112130447A
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李靖
张中
张启辉
宁宁
于奇
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
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Abstract

一种传感器信号特征参数的提取方法，利用K值描述传感器信号的特征参数，并通过模数转换器对传感器信号进行量化提取K值，具体为在采样结束后根据初始预测码字控制量化电容切换形成第一次参考电压与输入电压比较，根据第一次比较结果控制第一位冗余电容切换形成第二次参考电压与输入电压比较，比较两次比较结果，若不同则输出K值为0，否则根据第二次比较结果控制第二位冗余电容切换形成第三次参考电压比较，若比较结果翻转则输出K值为0，否则K值初始化为1，并依次根据初始预测码字加上或减去码字因子后控制量化电容切换形成新的参考电压与输入电压比较，每次操作K值加1，当比较结果翻转或出现溢出情况时输出此时的K值，否则继续。

Description

一种传感器信号特征参数的提取方法
技术领域
本发明属于模拟集成电路技术领域，涉及一种传感器信号特征参数的提取方法，特别涉及一种利用模拟数字转换器并基于码字重组的量化方法提取K值用于描述传感器信号特征参数的方法，本发明能够应用于量化传感器信号和生物电信号中。
背景技术
生物电信号具有幅度变化较为缓慢、且在不同波段幅度区分明显的特点。量化生物电信号的时候，为了获取有用信息，数据处理单元(DSP)致力于将生物电信号的特征提取出来，用于疾病的诊断和预警。比如心电信号，其最主要的特征波群为PQRST波，获取波群的幅度信息、持续时间等信息对心血管疾病的诊疗有重大意义。但是，目前并没有统一的特征参数提取标准，这样使得提取的参数没有与之对接的处理系统；而不同的病症需要的维度信息大相径庭，用简单构造的方式来描述事件已经无法胜任。因此，找到可适用于一般应用场景的高效特征参数提取方法至关重要。
发明内容
基于目前没有统一的特征参数提取标准的不足之处，本发明提出一种传感器信号特征参数的提取方法，提出了K值的概念用于描述生物电信号等传感器信号的特征参数，K值越大则表示传感器信号的变化幅度越大；并依托码字重组的量化方法实现了从传感器信号中提取K值。
本发明的技术方案为：
一种传感器信号特征参数的提取方法，利用K值描述所述传感器信号的特征参数，所述K值越大表示所述传感器信号的变化幅度越大，所述K值越小表示所述传感器信号的变化幅度越小；
通过模数转换器对所述传感器信号进行量化提取所述K值，所述模数转换器的开关电容阵列包含N位的二进制量化电容和两位冗余电容，N为大于1的正整数；
提取所述K值的具体步骤如下：
步骤一、利用模数转换器对所述传感器信号进行采样获得输入电压，采样结束后根据N位初始预测码字控制所述N位二进制量化电容切换形成第一次参考电压，将所述输入电压与所述第一次参考电压进行比较产生第一次比较结果；
步骤二、根据所述第一次比较结果控制第一位冗余电容切换形成第二次参考电压，将所述输入电压与所述第二次参考电压进行比较产生第二次比较结果；
步骤三、比较所述第一次比较结果和所述第二次比较结果，若不同则K值为0并转到步骤七，否则转到步骤四；
步骤四、根据所述第二次比较结果控制第二位冗余电容切换形成第三次参考电压，将所述输入电压与所述第三次参考电压进行比较产生第三次比较结果；
步骤五、比较所述第二次比较结果和所述第三次比较结果，若不同则K值为0并转到步骤七，否则将K值初始化为1并转到步骤六；
步骤六、前三次比较结果都相同，依次进行切换判断操作获得对应的比较结果后与前三次比较结果进行比较，若第j次切换判断操作获得的第3+j次比较结果与前三次比较结果相同时进行下一次切换判断操作，直到第J次切换判断操作获得的第3+J次比较结果翻转则转到步骤七，J为正整数，j∈[1，J]；
其中第j次切换判断操作如下：
a、K值计数加1；
b、当前三次比较结果都表示输入电压更大时，将所述N位初始预测码字依次叠加上N位第一个码字因子至N位第j个码字因子获得逐次增加的第j个控制码字；当前三次比较结果都表示输入电压更小时，将所述N位初始预测码字依次减去N位第一个码字因子至N位第j个码字因子获得逐次减小的第j个控制码字；当所述第j个控制码字超过N位二进制能够表示的最大值或最小值时转到步骤七；
c、根据所述第j个控制码字控制所述N位二进制量化电容切换形成第3+j次参考电压；
d、将所述输入电压与所述第3+j次参考电压进行比较产生第3+j次比较结果；
步骤七、输出此时的K值。
具体的，所述第j个码字因子为
Figure BDA0002696940470000021
具体的，所述K值的位数为M，M为正整数且满足2M≥N。
具体的，当第i次参考电压小于所述输入电压时，产生的第i次比较结果为第一状态；当第i次参考电压大于所述输入电压时，产生的第i次比较结果为第二状态；i为正整数；
若前三次比较结果都为第一状态，表示所述输入信号对应的输出码字比所述初始预测码字大，则每次切换判断操作将所述N位初始预测码字依次叠加对应的码字因子，使得每次获得的控制码字逐次增加；
若前三次比较结果都为第二状态，表示所述输入信号对应的输出码字比所述初始预测码字小，则每次切换判断操作将所述N位初始预测码字依次减去对应的码字因子，使得每次获得的控制码字逐次减小。
具体的，所述模数转换器包括DAC模块和比较器，所述DAC模块包括两组所述开关电容阵列，每组所述开关电容阵列中N位二进制量化电容按照权重从高到低依次排列并编号为CN至C1，第一位冗余电容的电容值与量化电容C1的电容值相等，第二位冗余电容的电容值与量化电容C2的电容值相等，第二位冗余电容和第一位冗余电容依次排列在量化电容C1之后；两组所述开关电容阵列中N位量化电容和两位冗余电容的上极板分别连接比较器的两个输入端，下极板分别由各自的开关控制连接共模电压、参考高电压或参考地电压。
具体的，根据所述第一次比较结果切换第一位冗余电容的方式为：若第一次比较结果为第一状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压；若第一次比较结果为第二状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压；
根据所述第二次比较结果切换第二位冗余电容的方式为：若第二次比较结果为第一状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压；若第二次比较结果为第二状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压。
具体的，所述N位初始预测码字为所述模数转换器上一次量化获得的输出码字。
本发明的有益效果为：本发明提出利用K值描述传感器信号的特征参数，将多维特征信息描述转换为一般的描述生物电信号等传感器信号特征，大大降低了数据的存储、传输以及发射成本，同时具备较好的事件识别效果；另结合码字重组的量化过程实现了K值的提取，不需要额外设置结构，易于操作，在正常量化过程中即可完成K值提取。
附图说明
下面的附图有助于更好地理解下述对本发明不同实施例的描述，这些附图示意性地示出了本发明一些实施方式的主要特征。这些附图和实施例以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例。
图1为能够实现本发明提出的一种传感器信号特征参数的提取方法的模数转换器的一种系统实现框图。
图2为能够实现本发明提出的模数转换器中DAC模块的一种具体实现结构示意图，包括开关电容阵列中量化电容和冗余电容的连接示意图。
图3为实施例中用于产生本发明的二进制码字因子的双向移位寄存器示意图。
图4为实施例中5bit模数转换器所采用的开关电容阵列示意图。
图5为实施例正常转换时电容上极板电压转换示意图。
图6为实施例发生溢出时电容上极板电压转换示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细描述本发明的技术方案。
下面所述实施例中的具体细节，如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本发明的实施例提供更好的理解，其中第一、第二用于区分而非用于限定，如比较结果的第一状态、第二状态只是用于区分高低电平。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节、步骤或采用其他方法、元件、材料等结合的情况下，本发明的实施例也可以被实现。
本发明将多维特征信息描述转换为一般的描述生物电信号等传感器信号特征，并提出了一种统一的提取标准即K值用于描述传感器信号的特征参数，K值类似于信号的一阶微分，信号的变化幅度越大，K值越大，因此根据K值信息即可描述信号特征。
其中K值的提取是基于模数转换器对传感器信号进行码字重组量化进行的，令模数转换器为N位，N为大于1的正整数；模数转换器包括DAC模块和比较器，DAC模块中的开关电容阵列包含N位的二进制量化电容和两位冗余电容CR1和CR2，将N位二进制量化电容按照权重从高到低依次排列并编号为CN至C1，第一位冗余电容的电容值与量化电容C1的电容值相等，第二位冗余电容的电容值与量化电容C2的电容值相等，第二位冗余电容和第一位冗余电容依次排列在量化电容C1之后。如图2所示给出了DAC模块的一种具体实现形式，包括两组开关电容阵列分别接在比较器的两个输入端，每一组开关电容阵列中N位量化电容CN至C1和两位冗余电容CR1、CR2的上极板连接比较器的其中一个输入端，下极板分别由各自的开关控制连接共模电压Vcm、参考高电压或参考地电压。输入电压Vin和Vip的连接可以是图2所示的方式，分别由两组开关电容阵列中N位量化电容CN至C1和两位冗余电容CR1、CR2的下极板通过开关控制连接，也可以采用其他可行方式，比如通过开关控制分别连接到比较器的两个输入端，输入电压Vin和Vip的连接方式不影响本发明的具体量化过程。除图2所示结构外，开关电容阵列也可以采用分段结构。
本发明基于模数转换器的码字重组量化提取K值，可以在模数转换器正常量化过程中进行，但在比较结果翻转或者控制码字的计算结果溢出时K值计数完成，但模数转换器的正常量化还未结束，此时可以将获得的K值存储于寄存器中，然后模数转换器继续完成本次量化，并将本次的量化结果作为下一次量化时的初始预测码字。当然也可以在提取K值后就不再继续量化，只要能够获得准确K值即可。
下面结合附图1、2、3的具体结构在实施例中详细描述本发明提出的基于码字重组量化方法提取K值的方式，
如图1所示，当N位模数转换器采样结束以后，N位初始预测码字驱动开关电容阵列中的N位量化电容的下极板切换，形成第一次参考电压。输入信号与第一次参考电压通过比较器进行比较，产生第一次比较结果D1。若第一次参考电压小于输入电压，产生的第一次比较结果D1为第一状态，本实施例中令第一状态为高电平，即此时D1＝1；当第一次参考电压大于输入电压时，产生的第一次比较结果D1为第二状态，即此时D1＝0。
随后根据第一次比较结果D1控制第一位冗余电容CR1切换形成第二次参考电压，将输入电压与第二次参考电压通过比较器进行比较产生第二次比较结果D2，比较D1和D2。如果D1和D2不同，则量化结束，图1中所有的数字电路复位，输出K值为0。如果两个比较结果D1和D2相同，则根据第二次比较结果D2切换第二个冗余电容CR2，形成第三次参考电压。
输入信号与第三次参考电压通过比较器进行比较，得到第三次比较结果D3，比较D2和D3。如果第三次比较结果D3与第二次比较结果D2不同，则量化结束，同样将图1中的数字电路复位，输出K值为0。如果第三次比较结果D3与第二次比较结果D2相同，则模数转换器继续量化，K值初始化为1。
接下来参考电压由N位初始预测码字叠加或者减去码字因子后得到的N位控制码字控制N位二进制量化电容进行切换获得，初始码字和二进制码字因子通过图1中第一全加器运算得到。码字因子BCF(binary code factor)可以是N位的二进制码字，比如本实施例中令第一个码字因子为‘000…10’，第二个码字因子将前一个码字因子中的‘1’左移一位，即‘000…100’，以此类推，第j个码字因子为
Figure BDA0002696940470000051
如图3所示，码字因子可以由双向移位寄存器产生，其中Rvs是比较结果反转的标志信号，Of是第一全加器计算结果溢出的标志信号，即第一全加器的计算结果超过了N位二进制能够表示的最大值或最小值时表示溢出。
若如果前三次比较结果都表示输入电压更大时，即D1＝D2＝D3＝1，则表示输入信号对应的输出码字比初始预测码字大，因此需要产生逐次增加的控制码字，即需要将N位初始预测码字依次叠加上码字因子。即获得第四次参考电压时，将初始预测码字叠加第一个码字因子000…10；获得第五次参考电压时，将初始预测码字叠加第一个码字因子000…10和第二个码字因子000…100，即初始预测码字叠加000…110；以此类推。
若前三次比较结果都表示输入电压更小时，即D1＝D2＝D3＝0，则表示输入信号对应的输出码字比初始预测码字小，因此需要产生逐次减小的控制码字，即需要将N位初始预测码字依次减去码字因子。即获得第四次参考电压时，将初始预测码字减去第一个码字因子000…10；获得第五次参考电压时，将初始预测码字减去第一个码字因子000…10和第二个码字因子000…100，即初始预测码字减去000…110；以此类推。
如图1所示，利用第一全加器对初始预测码字和对应码字因子进行叠加或相减的计算，计算结果通过开关控制模块控制DAC模块中对应的N位二进制量化电容下极板切换。图1所示的模数转换器结构中还设置了用于进行正常量化所需的逻辑模块、查找表LUT等，逻辑模块中控制动态追踪(DT)、向前搜寻过程(SFP)、向后搜寻过程(SBP)以及产生K值K<M:1>等。
假设本实施例中D1＝D2＝D3＝1，则第四次参考电压由N位初始预测码字与二进制的第一个码字因子的和控制对应N位二进制量化电容进行切换形成。输入信号与第四次参考电压通过比较器进行比较，得到第四次比较结果D4，比较D4和D3。如果第四次比较结果D4与前面的比较结果相同，即D4＝D1＝D2＝D3＝1，则K值计数到2，同时产生第二个码字因子，将控制第四次的参考电压的码字(即初始预测码字加上第一个码字因子)累加上第二个码字因子，形成第五次的比较器参考电压，直到比较结果反转(即比较结果与前面的比较结果不同)，反转时，K值完成本次计数后停止，并记录到相应的寄存器中。
由于参考电压是由初始预测码字和二进制码字因子通过图1中第一全加器运算得到，全加器有可能出现溢出的情况。当累加或者相减的结果溢出时，开关电容阵列不进行切换，K值完成本次计数后停止计数，并记录到相应的寄存器中。
当前三次比较结果都表示输入电压更小，即D1＝D2＝D3＝0时，参考电压由N位初始预测码字减去对应码字因子后控制对应N位二进制量化电容进行切换形成，比较参考电压与输入电压获得比较结果，直到比较结果翻转或全加器计算结果溢出，过程与上述初始预测码字叠加对应码字因子的控制过程类似，在此不再赘述。
下面结合5Bit模数转换器的正常量化过程和溢出情况下的工作过程为例进行分析，如图4所示，开关电容阵列由5位量化电容和两位冗余电容构成。
5Bit模数转换器在正常转换时电容上极板电压转换示意图如图5所示，输入信号Vi处在‘11011’对应的模拟电压范围中，比初始预测码字‘10110’大。采样阶段(SMP)结束以后，开关电容阵列的上极板浮空，按照初始预测码字‘10110’驱动两组开关电容阵列各量化电容下极板控制端完成切换，形成第一次参考电压：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000071
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000072
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000073
由于输入信号大于第一次参考电压
Figure BDA0002696940470000074
因此第一次比较结果D1为1，连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容即P端冗余电容CR1切换到参考高电压Vref，连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容即N端冗余电容CR1切换到参考地电压gnd，形成第二次参考电压：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000075
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000076
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000077
由于输入信号大于第二次参考电压，第二次比较结果D2为1，P端冗余电容CR2切换到连接参考高电压Vref，N端冗余电容CR2切换到连接参考地电压gnd，形成第三次参考电压：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000078
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000079
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000081
此时，输入信号仍大于第三次参考电压，则第三次比较结果D3为1，则K值初始化为1；第四次参考电压由初始预测码字IGC(initial guess code)和第一个二进制码字因子00010相加获得的控制码字控制两组开关电容阵列中的量化电容C1-C5切换形成，参考电压为：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000082
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000083
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000084
由于输入信号大于第四次参考电压，则第四次比较结果D4为1，K值计数到2；第五次参考电压由初始预测码字、第一个二进制码字因子00010和第二个码字因子00100累加得到，则参考电压为：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000085
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000086
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000087
由于输入信号小于第五次参考电压，则第五次比较结果D5为0，K值计数到3并停止，记录到寄存器中。
因此本实施例中采样点对应的K值为3，本发明提出的K值bit数较少，K值的位数M由模数转换器的位数N决定，一般来讲，M和N需要满足以下关系：
2M≥N
如图5中的过程1-过程5是上述五次切换和比较，进行向上搜寻(SFP)，过程5对应将K值计数到3后停止，比较结果翻转，此时已经获得了需要的K值，可以退出或者继续向下搜寻(SBP)完成本次量化，即过程6和过程7。由于在过程5时比较结果翻转，则下一次的控制码字需要逐次减小，即过程6和过程7的控制码字需要在过程5将初始预测码字IGC叠加第一个码字因子00010和第二个码字因子00100(即IGC+00110)的基础上依次减去合适的码字因子，比如令码字因子中的“1”右移，即过程5的控制码字IGC+00110减去00010获得过程6的控制码字IGC+00100，过程6的控制码字IGC+00100减去00001获得过程7的控制码字IGC+00011，依次类推直到按照正常的基于码字重组的量化方式完成本次量化。
5Bit模数转换器发生溢出时电容上极板电压转换示意图如图6所示，假如输入信号Vi处在‘11110’所对应的模拟电压范围中，采样结束以后，按照初始预测码字‘10110’驱动两组开关电容阵列各量化电容下极板控制端完成切换，形成第一次参考电压：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000091
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000092
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000093
由于输入信号大于第一次参考电压
Figure BDA0002696940470000094
第一次比较结果D1为1，P端冗余电容CR1切换到参考高电压Vref，N端冗余电容CR1切换到参考地电压gnd，形成第二次参考电压：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000095
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000096
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000101
由于输入信号大于第二次参考电压，第二次比较结果D2为1，P端冗余电容CR2切换到参考高电压Vref，N端冗余电容CR2切换到参考地电压gnd，形成第三次参考电压：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000102
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000103
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000104
此时，输入信号仍大于第三次参考电压，第三次比较结果D3为1，则K值初始化为1；第四次参考电压由初始预测码字IGC和第一个二进制码字因子00010相加形成的控制码字切换对应量化电容后获得，参考电压为：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000105
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000106
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000107
由于输入信号大于第四次参考电压，则第四次比较结果D4为1，K值计数到2；第五次参考电压由初始预测码字IGC、第一个二进制码字因子00010和第二个码字因子00100累加得到的控制码字IGC+00110切换对应量化电容后获得，则参考电压为：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000108
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000111
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000112
由于输入信号大于第五次参考电压，则第五次比较结果D5为1，K值计数到3；第六次参考电压由初始预测码字IGC、第一个二进制码字因子00010、第二个码字因子00100和第三个码字因子01000累加得到的控制码字IGC+01110切换对应量化电容后获得，则参考电压为：
DAC P端：
Figure BDA0002696940470000113
DAC N端：
Figure BDA0002696940470000114
所以比较器输入端电压为
Figure BDA0002696940470000115
由于第六次参考电压
Figure BDA0002696940470000116
已经超过Vref，累加后的码字产生溢出，则第六次比较结果D6为1，K值计数到4并停止，记录到相应寄存器中。此时，该采样点对应的K值为4，一个采样点对应一个K值。
同样的，图6中的过程1-过程6是上述六次切换和比较，在过程6时出现溢出，对应将K值计数到4后停止，此时已经获得了需要的K值，可以退出或者继续量化，即过程7至过程9。由于在过程6时出现溢出，则下一次的控制码字需要逐次减小，即过程7的控制码字需要在过程6的控制码字IGC+01110的基础上依次减去合适的码字因子，同样可以令码字因子中的“1”右移，即过程6的控制码字IGC+01110减去00100获得过程7的控制码字IGC+01010，过程7的控制码字IGC+01010减去00010获得过程8的控制码字IGC+01000，过程8的控制码字IGC+01000减去00001获得过程9的控制码字IGC+00111，依次类推直到按照正常的基于码字重组的量化方式完成本次量化。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种传感器信号特征参数的提取方法，其特征在于，利用K值描述所述传感器信号的特征参数，所述K值越大表示所述传感器信号的变化幅度越大，所述K值越小表示所述传感器信号的变化幅度越小；
通过模数转换器对所述传感器信号进行量化提取所述K值，所述模数转换器的开关电容阵列包含N位的二进制量化电容和两位冗余电容，N为大于1的正整数；
提取所述K值的具体步骤如下：
步骤一、利用模数转换器对所述传感器信号进行采样获得输入电压，采样结束后根据N位初始预测码字控制所述N位二进制量化电容切换形成第一次参考电压，将所述输入电压与所述第一次参考电压进行比较产生第一次比较结果；
步骤二、根据所述第一次比较结果控制第一位冗余电容切换形成第二次参考电压，将所述输入电压与所述第二次参考电压进行比较产生第二次比较结果；
步骤三、比较所述第一次比较结果和所述第二次比较结果，若不同则K值为0并转到步骤七，否则转到步骤四；
步骤四、根据所述第二次比较结果控制第二位冗余电容切换形成第三次参考电压，将所述输入电压与所述第三次参考电压进行比较产生第三次比较结果；
步骤五、比较所述第二次比较结果和所述第三次比较结果，若不同则K值为0并转到步骤七，否则将K值初始化为1并转到步骤六；
步骤六、前三次比较结果都相同，依次进行切换判断操作获得对应的比较结果后与前三次比较结果进行比较，若第j次切换判断操作获得的第3+j次比较结果与前三次比较结果相同时进行下一次切换判断操作，直到第J次切换判断操作获得的第3+J次比较结果翻转则转到步骤七，J为正整数，j∈[1，J]；
其中第j次切换判断操作如下：
a、K值计数加1；
b、当前三次比较结果都表示输入电压更大时，将所述N位初始预测码字依次叠加上N位第一个码字因子至N位第j个码字因子获得逐次增加的第j个控制码字；当前三次比较结果都表示输入电压更小时，将所述N位初始预测码字依次减去N位第一个码字因子至N位第j个码字因子获得逐次减小的第j个控制码字；当所述第j个控制码字超过N位二进制能够表示的最大值或最小值时转到步骤七；
c、根据所述第j个控制码字控制所述N位二进制量化电容切换形成第3+j次参考电压；
d、将所述输入电压与所述第3+j次参考电压进行比较产生第3+j次比较结果；
步骤七、输出此时的K值。
2.根据权利要求1所述的传感器信号特征参数的提取方法，其特征在于，所述第j个码字因子为
Figure FDA0002696940460000021
3.根据权利要求1或2所述的传感器信号特征参数的提取方法，其特征在于，所述K值的位数为M，M为正整数且满足2M≥N。
4.根据权利要求3所述的传感器信号特征参数的提取方法，其特征在于，当第i次参考电压小于所述输入电压时，产生的第i次比较结果为第一状态；当第i次参考电压大于所述输入电压时，产生的第i次比较结果为第二状态；i为正整数；
若前三次比较结果都为第一状态，表示所述输入信号对应的输出码字比所述初始预测码字大，则每次切换判断操作将所述N位初始预测码字依次叠加对应的码字因子，使得每次获得的控制码字逐次增加；
若前三次比较结果都为第二状态，表示所述输入信号对应的输出码字比所述初始预测码字小，则每次切换判断操作将所述N位初始预测码字依次减去对应的码字因子，使得每次获得的控制码字逐次减小。
5.根据权利要求4所述的传感器信号特征参数的提取方法，其特征在于，所述模数转换器包括DAC模块和比较器，所述DAC模块包括两组所述开关电容阵列，每组所述开关电容阵列中N位二进制量化电容按照权重从高到低依次排列并编号为CN至C1，第一位冗余电容的电容值与量化电容C1的电容值相等，第二位冗余电容的电容值与量化电容C2的电容值相等，第二位冗余电容和第一位冗余电容依次排列在量化电容C1之后；两组所述开关电容阵列中N位量化电容和两位冗余电容的上极板分别连接比较器的两个输入端，下极板分别由各自的开关控制连接共模电压、参考高电压或参考地电压。
6.根据权利要求5所述的传感器信号特征参数的提取方法，其特征在于，根据所述第一次比较结果切换第一位冗余电容的方式为：若第一次比较结果为第一状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压；若第一次比较结果为第二状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第一位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压；
根据所述第二次比较结果切换第二位冗余电容的方式为：若第二次比较结果为第一状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压；若第二次比较结果为第二状态，将连接比较器正向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考地电压，将连接比较器负向输入端的开关电容阵列中第二位冗余电容的下极板切换至连接参考高电压。
7.根据权利要求1所述的传感器信号特征参数的提取方法，其特征在于，所述N位初始预测码字为所述模数转换器上一次量化获得的输出码字。
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