CN1166895A - 带有取样的信号处理 - Google Patents

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在信号处理装置中，变换电路CONV把输入信号Sin变换成为与不同的振幅分段相关的分段信号Sc(1)……Sc(N)。取样电路SC(1)……SC(N)把分段信号Sc(1)……Sc(N)的被取样部分提供给处理电路PROC。上述操作可以构成A/D变换的一部分。该信号处理装置特别适合于在接收机、多媒体设备和各种光盘播放机和磁带记录器中使用。

Description

带有取样的信号处理
本发明总的来说涉及在其中执行了取样操作的信号处理装置及方法。这种信号处理装置可以例如是采用了模/数(A/D)变换器的视频数据采集及变换电路。这种信号处理装置还可以例如是A/D变换器本身。
P.Vorenkamp和J.P.M.Verdaasdonk发表在1992年27卷7期的IEEEJSSC第988-992页上的论文“全双极、120兆样值/秒的10位跟踪及保持电路”描述了已有技术的视频数据采集及变换电路。模拟视频信号作用于该电路的输入端。该模拟视频信号被滤波并被馈入执行取样操作的跟踪及保持(T/H)电路。被取样模拟视频信号被馈入由A/D变换器、数字信号处理器(DSP)和数/模(D/A)变换器组成的数据变换及处理模块。引用的论文提到在A/D变换器之前被用作预取样器的T/H电路改善了该A/D变换器的高频性能。
US-A4831379(代理人案卷号PHA1137)描述了已有技术的A/D变换器。该已有技术的A/D变换器包括64个输入放大器的阵列。假定i是从0至63的整数，则每一放大器Ai就放大模拟输入电压和相应基准电压VRi之间的差值，产生被放大的输出电压VAi。在折叠阵列和内插电路内对被放大的输出电压VA0-VA63进行处理，产生互补信号VDO/VDNO……VD31/VDN31，输出电路根据这些信号产生数字输出代码。
本发明特别试图提供相对于已有技术能够在高频性能和功耗及/或成本之间进行较好折衷的上述那种信号处理。为此，本发明的第一个方面提供如权利要求1所限定的信号处理装置。本发明的第二个方面提供如权利要求3所限定的信号处理方法。本发明的第三、第四和第五个方面分别提供如权利要求4、5和6所限定的接收机、多媒体设备和信息读出装置。
本发明考虑了以下因素。一般来说，如果把取样电路放置在信号处理器之前，该取样电路就应当具有与该信号处理器的性能相称的性能。如果信号处理器的性能相当高，则在例如高分辨率A/D变换的情况下，取样电路将相当复杂，并因此较昂贵。此外，如果取样电路必需处理高频信号，它还将消耗数量可观的功率。
信号处理器可以包括把输入信号变换成为与不同的振幅分段相关的分段信号的变换电路。上述已有技术的A/D变换器就是这样的信号处理器。在该已有技术的A/D变换器中，64个输入放大器的阵列把输入信号变换成为64个分段信号，即被放大的输出电压VA0……V63。被放大输出电压VA0……VA63的每一个与以相应基准电压VR0……VR63为中心的振幅分段相关。
根据本发明，在这样的信号处理器中，用多个取样电路而不是如在已有技术中那样取样输入信号的一个取样电路来取样分段信号。咋一看，这似乎与本发明的上述目的相矛盾：多个取样电路不是比一个取样电路更复杂和更消耗功率吗？在大多数情况下，由于以下给出的理由，答案是否定的。
首先，在已有技术中，取样电路必需以线性方式对输入信号的全部双振幅变化进行处理。在本发明中，变换电路有效地把输入信号细分为若干个部分。取样电路只需以线性方式对这些部分之一进行处理。因此，在本发明中，取样电路的线性度远低于已有技术的取样电路的线性度。
其次，在已有技术中，取样电路与电容值相当高的A/D变换器输入端连接。这是由于为了获得令人满意的A/D变换精度，要求A/D变换器输入晶体管相当大的缘故。在本发明中，取样电路与其输入端的电容值可以相当低的其它电路连接。因此，在本发明中，取样电路需要提供的高频输出电流远小于已有技术中的取样电路所提供的高频输出电流。
还有，在已有技术中，取样电路在噪声和精度方面对其作为其中一部分的装置的性能有完全的影响。在本发明中，取样电路仅对其作为其中一部分的装置的性能有部分的影响。在本发明中，性能只受到那些接收与输入信号的瞬时振幅所在的振幅分段相关的分段信号的取样电路的影响。其它取样电路接收固定电平的分段信号，因此，几乎不产生任何噪声或动态错误。所以在本发明中，取样电路不必具有如已有技术的取样电路那样低的噪声和/或那样高的精度。
总而言之，在本发明中，取样电路需要满足的要求远没有已有技术的取样电路需要满足的要求那么严格。因此，在本发明中，多个取样电路中的每一个的复杂性和/或功耗通常都很低，以至多个取样电路的复杂性和功耗都低于已有技术的单个取样电路的复杂性和功耗。此外，在本发明中，可以充分地放松对取样电路的要求，以便该电路是实际可能的，而在已有技术中，对该单个取样电路的要求是如此严格，所以，除非使用具有较好物理特性的元件，否则该电路不是可行的。因此，本发明的装置可以获得优于已有技术的装置的性能，而元件的物理特性是相同的。例如，本发明允许利用为数字信号处理而设计的MOS晶体管来执行高频A/D变换。因此，本发明能够经济地把高频A/D变换器与数字信号处理器集成在一块芯片上。这样的单块芯片特别适合供接收机或多媒体设备使用。
参看以下描述的例子将对本发明和可被任意地用来有利地实现本发明的其它特点一清二楚。
附图中：
图1以方框图的形式表示本发明的信号处理装置的一基本实例；
图2以方框图的形式表示供图1的信号处理装置使用的变换电路的第一实例；
图3表示由图2的变换电路提供的分段信号的实例；
图4以电路图的形式表示在图2的变换电路内的输入放大器与取样电路结合的一实例；
图5以方框图的形式表示供图1的信号处理装置使用的变换电路的第二实例；
图6a和6b分别以方框图的形式表示本发明的接收机的一基本实例和多媒体设备的一基本实例；
附图中相同的元件用相同的标号来表示。
图1表示本发明的信号处理装置的一基本实例。图1的信号处理装置包括以下部件：变换电路CONV、取样电路SC(1)……SC(N)和处理部件PROC，N为整数。变换电路CONV把输入信号Sin变换成为与不同的振幅分段相关的分段信号Sc(1)……Sc(N)。取样电路SC(1)……SC(N)把分段信号Sc(1)……Sc(N)的被取样部分提供给处理电路PRDC。
变换电路CONV最好但不是必需具有显著地大于1的增益系数。增益系数越大，取样电路SC(1)……SC(N)内的任何噪声和/或偏移对图1的信号处理装置的性能的影响程度就越轻。因此，如果变换电路CONV的增益系数显著地大于1，则对取样电路SC(1)……SC(N)的要求就将相对较宽松，于是取样电路可以相当简单。
图1的信号处理装置可以例如是在其内执行了折叠和/或内插操作的A/D变换器。在这种情况下，大体上有两种选择。一种选择是在处理电路PROC内执行所有折叠和/或内插操作。图2至4与这一选择相关。另一种选择是在变换电路CONV内执行折叠和/或内插操作中的至少一种操作。图5与这一选择相关。第一种选择优于第二种选择之处在于：所有折叠和/或内插操作都得益于取样。但是，第二种选择优于第一种选择之处在于：可以采用较少的取样电路。应当指出，在此与任何相应的应用一道被作为参考文件的US-A4831379和欧洲专利申请第96202014.5号(代理人案卷号PHN 15.909 EP-p)都描述了在其内执行了折叠和/或内插操作的A/D变换器。
图2表示供图1的信号处理装置使用的变换电路的第一实例。图2的变换电路包括接收不同的基准电压Vref(1)……Vref(N)的输入放大器A(1)……A(N)阵列。每一输入放大器放大输入信号Sin和提供给其的基准电压之间的差值。
图3表示由图2的变换电路提供的分段信号Sc(1)……Sc(N)的一实例。图3的分段信号是斜坡状输入信号Sin的结果。假定i是从1至N的整数，则每一分段信号Sc(i)就与以基准电压Vref(i)为中心的振幅分段SR(i)相关。应当指出，振幅分段SR(1)……SR(N)之间是否有任何重叠对本发明不是重要的。这是图1的信号处理装置内的处理电路PROC的事情。在此与任何相应的应用一道被作为参考文件的欧洲专利申请第95202355.4号(代理人案卷号PHN 15.450 EP-p)描述了适合于处理重叠的分段信号的用于A/D变换目的的处理电路。
图4表示在图2的变换电路内的输入放大器A(i)与取样电路(SC(i)结合的一实例。输入放大器A(i)基本上是晶体管T1、T2的差分对，带有与之耦合的一对负载电阻R1、R2和尾电流源It。取样电路SC(i)基本上是一对传输门TG1、TG2和一对与该对传输门耦合的保持电容器CH1、CH2。它以差分的方式执行跟踪及保持操作。传输门TG1、TG2由两个并联的晶体管构成。一个晶体管由时钟信号CLK(+)进行控制，另一个晶体管由反相时钟信号CLK(-)进行控制。
图5表示供图1的信号处理装置使用的变换电路的第二实例。图5的变换电路与图2的变换电路的不同之处如下：图5的变换电路还包括执行折叠和/或内插操作的附加电路F/I。该附加电路F/I接收由输入放大器A(1)……A(N)阵列提供的信号，并作为响应提供分段信号Sc(1)……Sc(N)。
当然，由图5的变换电路提供的分段信号Sc(1)……Sc(N)不同于由图2的变换电路提供的分段信号Sc(1)……Sc(N)。为了给出一个例子，对图5的变换电路作如下假定：有64个输入放大器，K＝64，附加电路F/I以倍数8执行折叠操作。在这种情况下，N＝8，图5的变换电路将提供8个分段信号Sc(1)……Sc(8)。分段信号Sc(1)可以与以Vref(1)、Vref(9)、Vref(17)、……Vref(57)为中心的振幅分段相关，分段信号Sc(2)可以与以Vref(2)、Vref(10)、Vref(18)、……Vref(58)为中心的振幅分段相关，依此类推。
图6a、6b和6c分别表示本发明的接收机、多媒体设备和信息读出装置的基本实例。图6a的接收机包括调谐器TUN和图1的信号处理装置SPA。调谐器TUN响应接收信号RF提供中频信号IF。图1的信号处理装置SPA例如通过顺序地执行A/D变换和解调来对该中频信号进行处理。
图6b的多媒体设备包括图1的信号处理装置SPA和显示设备DPL。图1的信号处理装置SPA接收图象信号IM，并作为响应提供被处理的图象信号IM-P。显示设备DPL显示被处理的图象信号IM-P。图6b的多媒体设备可以例如是电视接收机或从CD-ROM播放机、CD-I播放机或DVD播放机接收图象信号的计算机。
图6c的信息读出装置包括读出单元ROU和图1的信号处理装置SPA。读出单元读出信息载体DISC，以便获得读出信号Sro。图1的信号处理装置SPA对读出信号Sro进行处理，以便例如获得合适的输出信号和/或获得用于读出单元ROU的控制信号。图6c的读出装置可以例如是CD播放机、CD-I播放机、CD-ROM播放机或DVD播放机或录像机。虽然图6c以盘的形式表示信息载体DISC，但应当懂得信息载体还可以是磁带或甚至是粘土平板(clay tablet)。
应当指出，上述实例说明而不是限制本发明。显然，有许多落在所附权利要求书的范围内的替换物。不应把括号内的任何标号看作是对有关权利要求的限制。

Claims (6)

1、包括把至少一个信号的被取样部分提供给处理部件的取样部件的信号处理装置，其特征在于包括把信号(Sin)变换成为与不同的振幅分段相关的分段信号(Sc(1)……Sc(N))的变换电路(CONV)，该取样部分包括把分段信号的被取样部分提供给该处理部件(PROC)的取样电路(SC(1)……SC(N))。
2、权利要求1的信号处理装置，其特征在于变换电路(CONV)具有显著地大于1的增益系数。
3、信号处理方法，包括把至少一个信号的被取样部分提供给处理部件的步骤，该方法的特征在于包括以下步骤：
把信号(Sin)变换成为与不同的振幅分段相关的分段信号；以及
把分段信号的被取样部分提供给处理部件(PROC)。
4、接收机，包括：
响应接收信号(RF)提供中频信号(IF)的调谐器(TUN)；以及
如权利要求1所述的信号处理装置(SPA)，用于对所述中频信号(IF)进行处理。
5、多媒体设备，包括：
如权利要求1所述的信号处理装置(SPA)，用于接收图象信号(IM)；以及
显示接收自所述处理部件(PROC)的被处理图象信号(IM-P)的装置(OPL)。
6、信息读出装置，包括：
读出信息载体(DISC)以便获得读出信号(Sro)的装置(ROU)；以及
如权利要求1所述的信号处理装置(SPA)，用于处理所述读出信号(Sro)。
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