CN1338151A - 低能量模数转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种并行模数转换器,其包括至少两个A/D信道,其包括信号输入端和信号输出端,在其中把模拟输入信号转换成数字输出信号,并且其中在A/D信道上的每个信号输入端和采样与保持电路相连,多路转换单元,其包括至少两个输入端,所述每个输入端和所述A/D信道的输出端相连;以及时间控制单元,用于同步A/D信道,并用于控制多路转换器单元;其中所述模数转换器具有用于在所谓的空闲方式和所谓的正常方式之间转换的装置。本发明还涉及在并行模数转换器中节能的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1和7的前序部分所述的并行模数转换器和并行模数转换方法。
背景技术
并行模数转换器的现有技术见“A 10-b，100-MS/s CMOS A/DConverter(转换器)，Kwang Young Kim，Student Member，IEEE，NsoysKussysnshi，and Asad A.Abidi，Fellow，IEEE Fournal of Slid StateCircuits，vol.32，No.3，March 1997”。
这种模数转换器的一个问题是它们无谓地消耗过高的能量。
发明概要
本发明的目的在于减少并行模数转换器的功率消耗。
这个问题通过按照权利要求1和7的特征部分所述的装置和方法解决了。
并行模数转换器可以使用的环境例如包括DSL调制解调器(数字用户环)和移动电话系统。这是两个等同的系统，虽然未必彼此相同，它们相互之间通过电信信道进行通信，所述电信信道例如由电缆和无线电波构成。当通过无线电波进行通信时，可以许多装置共用一个相同的通信信道。
本发明的一个优点在于，通过使模数转换器自适应于主要的要求，代替现有技术中的单独地使用接通/断开的调制解调器，可以节省能量。
本发明的另一个优点在于，本发明的方法可以在并行模数转换器中容易地实现。
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。
附图简述
图1是并行模数转换器的实施例，其中可以实现本发明的节能功能。
图2是并行模数转换器的另一个实施例，其中可以实现本发明的节能功能。
优选实施例描述
在图1所示的并行模数转换器中，模拟输入信号5被输入4个A/D信道20，22，24和26，其中每个A/D信道包括各自的采样和保持电路21，23，25和27。A/D信道具有信号输入端和信号输出端。采样和保持电路21，23，25和27被控制单元10监视和控制。A/D信道20，22，24和26和电压源50相连，在所示的情况下为外部电源。电压开关30，32，34和36被设置在电压源50和每个A/D信道之间。信号40，42，44和46在激活控制15的控制下使A/D信道在正常状态和静止状态之间转换。激活控制15又由系统控制单元(未示出)。在A/D信道上的输出40，42，44，和46由多路转换单元17进行多路转换。来自多路转换单元17的输出信号是模拟输入信号的数字表示。
因为并行A/D转换器具有超过几个时钟周期的操作周期，需要确定起始时间。原理上，A/D信道是相互独立的。时间控制单元10可告知每个信道何时开始。时间控制单元10也可以用于减少功率消耗。如果操作程序比在静止状态消耗更多的能量，可以通过较少地起动A/D信道来节约能量。可以更能节约能量的方式是通过开关30，32，34和36切断电源电压。对于所示的情况，电源电压可以是+5V。
在图2所示的并行A/D转换器的实施例的情况下，模拟输入信号5通过一个公共的采样和保持单元21被输入4个A/D信道20，22，24和26。A/D信道具有信号输入端和信号输出端。采样和保持电路21被时间控制单元10监视和控制。A/D信道20，22，24和26和电压源50相连，在所示的情况下为外部电源。电源电压开关30，32，34和36被设置在电压源50和每个A/D信道之间。信号40，42，44和46在激活控制15的控制下使A/D信道在正常状态和静止状态之间转换。激活控制15又由系统控制单元(未示出)。在A/D信道上的输出40，42，44，和46由多路转换单元17进行多路转换。来自多路转换单元17的输出信号是模拟输入信号的数字表示。
图2的实施例和图1的实施例的不同之处在于，利用的信号(输入信号)在每个周期被采样，并在选择的时刻进行A/D转换，而不是被单独地采样和在选择的时刻进行A/D转换。其主要差别在于，在某些情况下应用时，其可以只切断A/D转换器的一部分，并使得其余的部分正常操作。虽然在这种情况下节能较少，但在启动程序中需要节能时，这种处理是需要的。S/H单元21，23，25和27是可以一直有效的A/D转换器的部分的例子。
在某种情况下，在并行A/D转换器中，可以切断几个A/D信道，以便实现节能。叫醒音或者报警音可以利用一个或几个A/D信道检测。其频率不能可靠地被确定。不过，如果出现了一个可能是正确信号的信号，则其它的A/D信道处于告警状态，并进行更近的调查(closer investigation)。
等待方式通常需要较低的性能。低性能例如可以降低时钟频率来实现，或者通过改变被包括在A/D信道中的比较器和运算放大器中的电流来实现。
流水线型或连续接近型A/D转换器利用一种算法求取模拟输入信号的数字表示。所述的算法从最高有效位开始，例如为了获得部分结果。部分结果的精度随着计算的位数而增加。当数字输出信号的所需精度低时，通过在达到预定的精度之后终止转换可以节省能量。
一般地说，要实现高性能需要大功率的输入。为了检测启动信号的存在不需要很高的精度和很多的能量消耗。在这方面有几种情况，第一种情况是当通信信道不被使用时使系统处于静态。在使系统起动时发出信号。这足以检测信号的存在。第二种情况是当信道不被使用时在通信信道上存在噪声或其它通信量的情况。此时需要检测特定的单音或单音组。不过，检测一个或几个单音的存在就足够了。第三种情况是当输入的起动信号含有表示某个单元应该被起动的信息和地址时的情况。在这种情况下，首先应当对所述信息译码。按照本发明，在第一种情况下使用模数转换以便检测信号的存在。这种检测通过分析收到的数据来实现。假定起动信号比真实信息信号含有较少的信息。因此接收请求可以是低的，虽然用于检测信号是足够的。这可以利用几个A/D信道或者只利用一个A/D信道来实现。A/D信道的精度也可以被减少，如前所述。
按照本发明，在第二种情况下必须聪明地使用A/D转换器。使用可用于信号和噪声的规范作为必须使用的信道数的依据。假定在这种情况下比在全操作的情况下的要求低。当要检测一个或几个单音时，或许不能用唯一的方式检测所述的单音。混叠将改变A/D转换器的输出端的频率表示。并行A/D转换器在时间点n/fs采样，其中n是整数，fs是并行A/D转换器的实际采样频率。每个信道以m/fs的时间间隔采样，其中m是信道数。此时每个信道的采样频率是fs/m。时间控制单元确定各个信道进行采样的时刻。假定采样在时间上均匀地分布，则第一信道在时刻mxn/fs采样，第二信道在时刻(mxn+m-1)/fs采样。按照奈魁斯特法则，直到一半的采样频率，在来自A/D转换器的时间离散的表示中，模拟频率是唯一的。虽然当一些信道被切断时，频率表示不是唯一的，将得知数字表示获得的模拟频率。
如果A/D转换器等待检测可以被唯一地表示的频带外的信号，从采样值便可以推断是否能够假定接收的单音是正确的。正确的频率指的是，例如，当fs是44MHz，单音是10MHz，所有允许输入到A/D转换器的输入信号在频带0-22MHz时，将能够清楚地检测10MHz的单音，如果现在4个A/D信道中3个是关断的，则实际的采样频率被改变为11MHz。按照奈魁斯特采样定理，频率为1MHz，10MHz，12MHz，和21MHz的单音在A/D转换器的输出数据中的外形相同。
当单音是窄带单音并且从系统规范已知除去叫醒单音之外没有其它的单音被发出时，则该单音很有可能被检测到。在可疑的情况下，需要起动A/D转换器，以便最终确定接收的信号是什么信号。
在第三种情况下，如果信息是窄带信息，则不用起动A/D转换器便可以检测到所述信息，这是因为频率表示是唯一的，即使利用低的精度的A/D转换器。当信息是宽带信息时，则需要起动整个A/D转换器。
可以通过关断一个或几个开关30，32，34，和36完全控制一个或几个A/D信道的电流来使信道关断，从而节省能量。
另一种方法是切断电路的时钟。如果时钟是静止的，则使时钟停止就足够了，但是当时钟包括动态方式时，通过开关30，32，34和36切断电压源是有利的。在动态方式下的问题在于，其中的逻辑值通过对电容器充电来变保持。所述充电易于随时间而漏掉。所以充电一般利用每个时钟周期被更新。10％的电荷泄漏不会有大的影响，因为仍然可以识别逻辑1和逻辑0。不过，当时钟停止一个长的时间时，会漏掉大量的电荷。如果动态方式是一个反相器的输入信号，并且电位达到地和电源电压之间的某个值，则由于通过大的电流可能发生通过反相器的短路。
反相器，即在CMOS中的逻辑门一般包括两个晶体管。如果反相器的输入和地相连，则一个晶体管导通，而如果反相器的输入和电源电压相连，则另一个晶体管导通。两个晶体管在地和电源电压之间的一个电压下都能够导通。
A/D信道的模拟部分，例如比较器和运算放大器通常具有控制信号，例如用于控制维持电流或者静止电流。可以使用这些控制信号关断A/D信道的模拟部分。
可以想见，实际上可以只关断电路的主要部分。如图2所示，也可以想见可以包括公共的采样和保持电路。
Claims (12)
1.一种并行A/D转换器，其包括：
至少两个A/D信道，其包括信号输入端和信号输出端，在其中把模拟输入信号转换成数字输出信号，并且其中在A/D信道上的每个信号输入端和采样与保持电路相连；
多路转换(multip1ex)单元，其包括至少两个输入端和一个输出端，所述每个输入端和所述A/D信道的输出端相连；以及
时间控制单元，用于同步计算信道，并用于控制多路转换器单元；
其特征在于，所述模数转换器具有用于在所谓的空闲方式和所谓的正常方式之间转换的装置。
2.如权利要求1所述的并行模数转换器，其特征在于，至少一个A/D信道在所述转换器的空闲方式下被完全地或部分地关断。
3.如权利要求1所述的并行模数转换器，其特征在于，在所述空闲方式下，时间控制单元的时钟频率被降低。
4.如权利要求2所述的并行模数转换器，其特征在于，所述A/D信道的电流被减少或者被完全关断。
5.如前面任何一个权利要求所述的并行模数转换器，其特征在于，在所述模数转换器中至少一个A/D信道适用于检测起动信号，并适用于把所述模数转换器从空闲方式转换到正常方式。
6.如权利要求1-4任何一个所述的并行模数转换器，其特征在于，所述模数转换器适用于在至少一个A/D信道中在经过一个给定的无信号时间间隔之后转换到空闲方式。
7.一种关于并行模数转换的方法，包括以下步骤：
借助于至少两个A/D信道把模拟输入信号转换成数字输出信号，所述A/D信道包括信号输入端和信号输出端，其中在A/D信道上的每个信号输入端和采样与保持电路相连；
在多路转换单元中一道多路复用来自每个A/D信道的数字输出信号；以及
借助于时间控制单元同步并控制A/D信道和多路转换器单元；
其特征在于，还包括在所谓的空闲方式和所谓的正常方式之间转换所述模数转换器的步骤。
8.如权利要求7所述的关于模数转换的方法，其特征在于，在空闲方式下，完全地或部分地关断至少一个A/D信道。
9.如权利要求7所述的关于模数转换的方法，其特征在于，在所述空闲方式下，时间控制单元的时钟频率被降低。
10.如权利要求9所述的关于模数转换的方法，其特征在于，减少或者完全关断所述A/D信道的电流。
11.如权利要求7-10任何一个所述的关于并行模数转换的方法，其特征在于，利用在所述模数转换器中至少一个A/D信道检测起动信号；并把所述模数转换器从空闲方式转换到正常方式。
12.如权利要求7-10任何一个所述的关于并行模数转换的方法，其特征在于，在至少一个A/D信道中在经过一个给定的无信号时间间隔时使模数转换器从正常方式转换到空闲方式。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| REG | Reference to a national code |
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