CN1605157A

CN1605157A - 模数变换器和产生用于模数转换器的中间码的方法

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Publication number: CN1605157A
Application number: CNA028253949A
Authority: CN
Inventors: P·C·S·肖坦斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: DE60216146T2; US7002502B2; EP1461866B1; ATE345595T1; CN100490328C; WO2003055076A2; JP2005513905A; DE60216146D1; WO2003055076A3; EP1461866A2; US20050146455A1; AU2002366892A8; JP4027895B2; AU2002366892A1

Abstract

本发明提供了一种将一个模拟输入信号(4)变换成一个数字二进制输出信号(6)的模数变换器(2)，这种模数变换器包括：一个根据输入信号与一个基准电压(12)的比较产生一个温度计式信号(10)的基准单元(8)；一个接到基准单元上根据温度计式信号产生一个中间信号(16)的第一逻辑电路(14)；以及一个接到第一逻辑电路上根据中间信号产生数字二进制输出信号的第二逻辑电路(18)，其中所述温度计式信号包括第一组比特字中的一个比特字而中间信号包括第二组比特字中的一个比特字，每个比特字表示一个唯一数而第二组中的两个分别属于两个相继的唯一数的比特字只有一个比特是不同的，其中所述第二组中的这些比特字可以排列在一个矩阵的行内，这些行的次序与比特字所表示的唯一数相应，在使用中，温度计式信号的比特字的每个比特加到第一逻辑电路的一个而且只是一个输入端口上，而在这个矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等。此外，本发明还提供了一种产生用于本发明的模数变换器的第二组比特字的方法。

Description

模数变换器和产生用于模数转换器的中间码的方法

本发明涉及一种将一个模拟输入信号变换成一个数字二进制输出信号的模数变换器，这种模数变换器包括：一个根据输入信号与一个基准电压的比较产生一个测量信号的基准单元；一个连接到基准单元上根据测量信号产生一个中间信号的第一逻辑电路；以及一个连接到第一逻辑电路上根据中间信号产生数字二进制输出信号的第二逻辑电路，其中所述测量信号包括第一组比特字中的一个比特字而所述中间信号包括第二组比特字中的一个比特字，每个比特字表示一个唯一值而在第二组中的两个分别属于两个相继唯一值的比特字只有一个比特是不同的，其中所述第二组内的这些比特字可以排列在一个矩阵的行内，这些行的次序与比特字所表示的唯一值相应，而在操作中测量信号的比特字中的每个比特只加到第一逻辑电路的一个输入端口上。

本发明还涉及产生一种包括一组比特字的码的方法，这种方法至少包括下列步骤：

定义一组比特字，每个比特字含有n个比特，其中n为大于1的整数，而每个比特字表示一个唯一值；

将这些比特字排列成一组节点，每个节点表示一个比特字。

所述模数变换器在实践中是已知的。在已知的模数变换器中，基准单元产生一个诸如温度计式信号之类的测量信号，它包括所述第一组中的一个比特字。这第一组比特字是一种测量信号码。对于第一组中的这些比特字，比特字的第一部分包括一系列0而第二部分包括一系列1。第一逻辑电路可以根据测量信号产生一个包括第二组中的一个比特字的中间信号。这第二组比特字是一种中间码，称为Gray码，以此为基础的中间信号为Gray信号。对于Gray码，属于相继的唯一值的比特字之间只有一个比特是相互不同的。这达到了可以使得在测量信号变换成Gray信号时例如由于测量信号的一个比特值的不希望有的改变而会出现的可能差错等于至多唯一值的一个单位。Gray信号最后由第二逻辑电路变换成数字二进制输出信号。

这种已知的模数变换器的一个缺点是第一逻辑电路具有比较大的逻辑深度(逻辑深度与电路内最大的串联处理元数有关)。在这方面，产生Gray码的最低有效比特的逻辑深度显著大于产生Gray码的最高有效比特的逻辑深度。因此，最高有效比特要比最低有效比特早到达第一逻辑电路的输出端。这样，从测量信号码变换成Gray码受到等待最低有效比特到达的时间的限制。这呈现为对已知的模数变换器的处理速度的限制。

本发明的一个目的是提供一种消除了上述缺点的模数变换器。按照本发明为此设计的模数变换器的特征是在所述矩阵的各列内的比特改变数基本上相等。为此，按照本发明设计的模数变换器中采用了一种以下称为S码的中间码。基于S码的中间信号以下将称为S信号。对于按照本发明设计的模数变换器来说，不同的S码都是可行的。这些码可以用按照本发明设计的方法产生，如稍后要详细说明的那样。

按照本发明设计的模数变换器的第一逻辑电路的逻辑深度小于已知的模数变换器的第一逻辑电路的逻辑深度。结果，在按照本发明设计的模数变换器内中间信号可以比采用已知的模数变换器的情况快传送到输出端。此外，按照本发明设计的模数变换器的第二逻辑电路(用来将S信号变换成二进制输出信号)的逻辑深度不大于已知的模数变换器的第二逻辑电路(用来将Gray信号变换成二进制输出信号)的逻辑深度。这意味着按照本发明设计的第一逻辑电路的速度增益可以导致一种较快的模数变换器。结果，按照本发明设计的模数变换器可以用比已知的模数变换器高的频率对输入信号采样。

在很多情况下，第一逻辑电路将包括一系列子电路，每个子电路产生中间信号的比特字中的一个比特。由于在矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等，因此这些子电路将至少基本上具有相同的逻辑深度。

按照本发明设计的模数变换器的一个优选实施例的特征是数字二进制输出信号含有n个比特，其中n＞1，而在所述矩阵的每个列内的比特改变数至少基本上等于在这个优选实施例中的第一逻辑电路的逻辑深度近似等于在这方面，可以看到一个将测量信号变换成Gray信号的第一逻辑电路的逻辑深度为n-1。按照本发明设计的模数变换器的在处理速度较高方面的上述优点因此对于越大的n值越突出。

按照本发明设计的这种码产生方法的特征是它还包括下列步骤：

构成一些节点间连接，使得只在所关联的比特字只有一个比特不同的节点之间构成连接；

用不同的经过这些这样构成的连接的路线依次历遍节点，为每个路线拟定一个矩阵，使得相继经历的节点的比特字安排在矩阵的相继行内；

从这些这样拟定的矩阵中选择这样一个矩阵，在这个矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等。

所选择的矩阵的相继行含有S码的相继比特字。这样得到的S码可以用来实现按照本发明设计的模数变换器。如以上已看到的那样，比特改变数于是在矩阵的这些列上至少是基本上均匀分布的。结果，对于产生这些比特来说，所关联的子电路将都具有基本上相同的逻辑深度。

可取的是，在所述方法中可以用一个计算机来经过所构成的所述连接历遍所有的节点和选择至少一个这样的矩阵，在这个矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等。

下面将结合附图对本发明进行进一步说明，在这些附图中：

图1为按照本发明设计的模数变换器的配置图；

图2示出了一个具有温度计式码列、Gray码列、S码列、二进制码列和唯一值列的表，其中S码列是一个4列矩阵；

图3为按照现有技术设计的模数变换器的第一逻辑电路的配置图；

图4为按照本发明设计的模数变换器的第一逻辑电路的配置图；

图5为例示按照本发明设计的产生S码的方法的示意图；以及

图6为图5所例示的方法的另一个示意图。

图1示出了一个将模拟输入信号4变换成数字二进制输出信号6的模数变换器2。模数变换器2包括一个根据输入信号4与基准电压12的比较产生测量信号10的基准单元8。测量信号是第一组比特字中的一个比特字。这第一组比特字也称为测量信号码。非常适当的一种测量信号是所谓的温度计式信号。

此外，模数变换器2还包括一个接到基准单元8上根据测量信号10产生中间信号16的第一逻辑电路14。中间信号16是第二组比特字中的一个比特字。这第二组比特字称为中间码。中间码中的每个比特字表示一个唯一值，两个属于相继唯一值的比特字只有一个比特是不同的。上述中间码可以是下面还要说明的S代码。模数变换器2还包括一个接到第一逻辑电路14上根据中间信号16产生数字二进制输出信号的第二逻辑电路18。二进制输出信号6包括第三组比特字中的一个比特字。这个第三组比特字通常是二进制码。

图2所示的表是一个矩阵，示出了上述这些码之间的一种可能的关系。在这个例子中，数字二进制输出信号6有四个比特(n＝4)。这个表示出了在现有技术的模数变换器中测量信号码、Gray码和二进制码之间的一种可能关系。这个表还示出了在按照本发明设计的模数变换器2中测量信号码、S码和二进制码之间的一种可能关系。在这个例子中，中间码(S码)包括四个比特。或者，也可以是中间码具有多于四个的比特，以便获得一定的冗余。

表的第一总列“测量信号码”示出了测量信号码的比特字。测量信号码的每个比特字由比特T15至T1构成。表的第二总列“Gray码”示出了Gray码。Gray码包括一些各有四个比特G1至G4的比特字。Gray码经常用作已知的模数变换器内的中间码。表的第三总列“S码”示出了可以用作按照本发明设计的模数变换器内的中间码的S码。表中的第四总列“二进制码”示出了二进制码。这个二进制码用来再现数字二进制输出信号6。最后，表中的第五总列(“唯一值”)示出了每种码的每个比特字各自相应的唯一值。

以下将简要地说明模数变换器2的工作情况。

在基准单元8内，模拟输入信号4与基准电压12相比较。为此，基准单元8包括一系列以本质上已知的方式配置的比较器(图中未示出)，每个比较器具有一个第一输入端和一个第二输入端。每个第一输入端上加有模拟输入信号4。每个第二输入端上加有一个从所述基准电压得出的唯一电压。由于对于每个比较器来说唯一电压都是不同的，因此就能用这些比较器测量模拟输入信号4，根据比较产生一个数字测量信号10。在这个过程中，原则上每个比较器驱动测量信号中的一个比特。随着模拟输入信号4的增大，测量信号10将含有更多个1。图2所示的表中的测量信号10的相继比特字表明测量信号4的比特字可以进一步压缩。这是通过将温度计式信号10变换成一个4比特的中间信号来实现的。按照本发明，这个4比特的中间信号是一个S信号(而按照现有技术例如是一个Gray信号)。这个变换由第一逻辑电路14执行。

图3给出了一个在n＝4的情况下按照现有技术设计的模数变换器的第一逻辑电路14A的例子。图3在左侧示出了测量信号的比特字的15个比特T1至T15(参见图2所示的表)加到第一逻辑电路的各个输入端的情况。第一逻辑电路包括数字AND门20.1至20.11，每个门有两个输入端和一个输出端。AND门20.1至20.7各有一个输入端接有一个反相器(非元)。这些反相器示意性地以圆圈示出。此外，AND门20.2至20.8和20.11在输出端各有一个反相器。图3与图2的表一起示出了在第一逻辑电路14A的输出端输出的Gray码的比特G1至G4的情况。于是，G1为Gray码的最高有效比特，而G4为Gray码的最低有效比特。

第一逻辑电路14A包括四个子电路，每个子电路产生Gray码的一个比特。产生G1的第一子电路具有逻辑深度0。逻辑深度由最大的串联端口或处理元数确定。产生G2的第二子电路具有逻辑深度1，产生G3的第三子电路具有逻辑深度2，而产生G4的第四子电路具有逻辑深度3。第一逻辑电路的逻辑深度等于这些子电路的逻辑深度中最大的逻辑深度，在这种情况下等于3(＝n-1)。

图4示意性地示出了对于n＝4的情况按照本发明设计的模数变换器2的第一逻辑电路14B。在左侧示出了温度计式信号的15个输入比特T1至T15，而在右侧示出了S信号的4个比特S1至S4。第一逻辑电路14B包括数字AND门22.1至22.12，每个门有两个输入端和一个输出端。AND门22.1至22.8各有一个输入端接有一个反相器(非元)。此外，每个AND门在输出端包括一个反相器。这些反相器示意性地以圆圈示出。

第一逻辑电路14B结构成包括四个分别产生S信号的四个相应比特的子电路。在这个例子中，各个子电路的逻辑深度是相等的。每个逻辑子电路的逻辑深度为

可以从图2的表中追溯出在这些子电路上均匀分布逻辑深度的原因。表中“S码”下的列形成一个包括四个列和十六个行的矩阵。这个矩阵表明，对于这个矩阵的各个列来说，每个列中一个比特改变它的值的次数(＝比特改变数)基本上是相等的(在这种情况下分别为3；4；4；4)。每个列的比特改变数近似等于2ⁿ/n

因此，中间信号的这些比特基本上同时传送到第一逻辑电路14B的输出端。另一个结果是第一逻辑电路14B的逻辑深度较小，因此在第一逻辑电路14B的输出端可以较快得到中间信号16。结果，按照本发明设计的模数变换器具有较高的数据处理速率，从而能以较高的频率对输入信号采样。

从第一逻辑电路14A、14B可见，测量信号的比特字的每个比特加到第一逻辑电路的一个而且只是一个输入端上。这个措施防止了可能导致不必要的错误变换的情况。一个作为这种情况的例子是，在一个比特加到两个不同的端口上时，由于这个比特的比特值改变，不同的比特字就加到这些端口上。

图5和6例示了一种产生S码的方法。S码可以例如用于按照本发明设计的模数变换器。在产生S码时，首先定义一组比特字，每个比特字包括n个比特(n＞1)。在这个例子中，这组比特字从图2中的表得出(因此，在这种情况下，n＝4)。图5示出了一个两维的Karnaugh图，其中在n＝4比特的情况下总共16个比特字的唯一值(十六进制值)细分为16个方框或节点。图中的每个节点有而且只有一个唯一值。此外，图中的每个节点与四个相邻节点(方框)连接，因此所关联的比特字的二进制表示只相差1个比特(参见图2的表)。例如图5示出了出现唯一值0的节点与出现唯一值4、8、1和2的节点连接(这个图周期性重复，见虚线所示)。二进制表示“0000”(＝0)确实与表示“0100”(＝4)、“1000”(＝8)、“0001”(＝1)和“0010”(＝2)只有一个比特是不同的。“0000”(＝0)与其他表示至少有两个比特是不同的。现在可以沿着不同的路线通过图5中的图，使得经所构成的连接相继历遍这些节点。在这方面，重要的是在通过相邻节点的分界线时属于这相邻节点的线性表示只有一个比特是不同的。图6中给出了一个可能的经历这些节点的方式的例子。对每个经历这些节点的路线都构成一个矩阵，将相继节点的比特字安排在这个矩阵的相继行内。然后，可以从所得到的这些矩阵中选择这样一个矩阵，在这个矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等。这样就可得到按照本发明设计的S码。

在按照本发明设计的方法中，可用一个计算机来用每个经过所提供的所述连接的可能路线遍历所有的节点和选择至少一个这样的矩阵，在这个矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等。

以上结合中间码为4个比特的一些实施例对本发明作了说明。然而，本发明可以用类似的方式用于中间码是具有4个比特以上的比特字。

Claims

1.一种将一个模拟输入信号(4)变换成一个数字二进制输出信号(6)的模数变换器(2)，所述模数变换器包括：一个根据输入信号(4)与一个基准电压(12)的比较产生一个测量信号(10)的基准单元(8)；一个连接到基准单元(8)上根据测量信号(10)产生一个中间信号(16)的第一逻辑电路(14)；以及一个连接到第一逻辑电路(14)上根据中间信号(16)产生数字二进制输出信号(6)的第二逻辑电路(18)，其中所述测量信号(10)包括一个第一组比特字中的一个比特字而中间信号包括一个第二组比特字中的一个比特字，每个比特字表示一个唯一值而第二组中的两个分别属于两个相继的唯一值的比特字只有一个比特是不同的，其中所述第二组中的这些比特字可以排列在一个矩阵的行内，这些行的次序与比特字所表示的唯一值相应，而在操作中测量信号(10)的比特字的每个比特只加到第一逻辑电路(14)的一个输入端口上，所述模数变换器(2)的特征是在由第二组的比特字形成的矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等。

2.一种如在权利要求1中所提出的模数变换器，其特征是所述数字二进制输出信号(6)包括n个比特，其中n＞1，而所述矩阵的每个列内的比特改变数至少基本上等于2ⁿ/n。

3.一种产生一种包括一组比特字的码的方法，所述方法至少包括下列步骤：

定义一组比特字，每个比特字含有n个比特，其中n＞1，而每个比特字表示一个唯一值；

将这些比特字排列成一组节点，每个节点表示一个比特字，

所述方法的特征是它还包括下列步骤：

用不同的经过这些这样构成的连接的路线依次历遍节点，为每个路线拟定一个矩阵，使得相继经历的节点的比特字安排在矩阵的相继行内；以及

4.一种如在权利要求3中所提出的方法，其特征是在执行所述方法时用一个计算机来经过所述构成的连接历遍所有节点和选择至少一个这样的矩阵，在这个矩阵的各列内的比特改变数至少基本上相等。