CN1841925A - 自动增益控制的模拟/数字转换系统以及相关方法 - Google Patents

自动增益控制的模拟/数字转换系统以及相关方法 Download PDF

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Abstract

可自动控制增益的模拟/数字转换系统及相关方法。此模拟/数字转换系统具有可编程增益放大器、模拟/数字转换器以及自动增益控制器。可编程增益放大器接收输入信号并以增益因子放大输入信号以产生放大输入信号。模拟/数字转换器连接至可编程增益放大器并根据实际参考电压信号将放大输入信号转换成数字信号。自动增益控制器则连接至可编程增益放大器以及模拟/数字转换器，用以根据磁滞行为一并控制供应给可编程增益放大器的增益因子以及供应给模拟/数字转换器的实际参考电压信号。

Description

自动增益控制的模拟/数字转换系统以及相关方法
技术领域
本发明涉及用以控制复合视讯信号的增益的控制电路及其方法，特别是涉及一种具有磁滞控制电路的模拟/数字转换系统以及相关方法，用以共同调整放大器的增益以及模拟/数字转换器的参考电压以控制复合视讯信号的增益。
背景技术
因为美国先进电视系统委员会(Advanced Television SystemsCommittee，ATSC)的出现，使得数字电视发展得相当迅速。基于兼容性的考量，数字电视系统除了可译码符合ATSC规格的数字电视信号之外，亦必须可译码符合已知模拟电视系统规格的电视信号，如国际电视标准委员会(National Television Standards Committee，NTSC)和相位交错系统(PhaseAlternation Line，PAL)规格的电视信号，如此使用者可以不必考虑信号是由电视信号或是模拟电视信号所传递，而可使用相同的设备来观赏节目。
在对复合视讯信号进行信号处理之前，复合视讯信号的振幅范围必须被正确地调整以使得视讯译码电路的后续信号处理阶段可以正确地译码调整后的复合视讯信号。如本领域的技术人员所知，因为复合视讯信号的亮度和色度信息与复合视讯信号的振幅和相位密切相关，所以复合视讯信号的振幅范围对视讯信号的译码过程来说相当重要，因此，如何控制复合视讯信号的振幅范围便对复合视讯信号的译码相当重要。
在已知技术中，放大器通常用以控制复合视讯信号的振幅，以使其限制在特定预定范围，然后放大器的输出信号(亦即调整后复合视讯信号)便被模拟/数字转换器数字化，然而，若模拟/数字转换器的参考电压值远大于调整后复合视讯信号的最大振幅，则模拟/数字转换器无法准确地对调整后复合视讯信号进行数字化，也就是说，若放大器的预定范围无法调整至略低于模拟/数字转换器的参考电压，则相较于放大器的预定范围，模拟/数字转换器的量化错误(quantization error)便会变得很大，那么模拟/数字转换器便无法完整地利用以增进译码复合视讯信号的译码器的效能，如此一来会造成对复合视讯信号进行模拟/数字转换时的分辨率极差。
发明内容
本发明的目的之一为提供具有磁滞控制行为的模拟/数字转换系统以及相关方法，用以共同调整放大器的增益因子以及模拟/数字转换器的参考电压以控制施加于复合视讯信号的增益，藉以解决上述问题。
本发明提供一种模拟/数字转换系统，其具有可编程增益放大器、模拟/数字转换器以及自动增益控制器。可编程增益放大器接收输入信号并以增益因子放大输入信号以产生放大输入信号，且模拟/数字转换器根据实际参考电压信号将放大输入信号转换成数字信号。自动增益控制器则包含了模拟/数字转换振幅计算器以及可编程增益放大控制器，其中模拟/数字转换振幅计算器连接至模拟/数字转换器，用以根据数字信号以及目前使用的实际参考电压信号决定模拟/数字转换器的所需参考电压信号，而可编程增益放大控制器连接至模拟/数字转换振幅计算器、可编程增益放大器以及模拟/数字转换器，用以根据所需参考电压信号共同调整供应给可编程增益放大器的增益因子以及输入至模拟/数字转换器的实际参考电压信号。此外，本发明所提供的模拟/数字转换系统可被应用至视讯译码器或需要模拟/数字转换的其它装置。
此外，本发明还提供一种自动增益控制方法，用以一并控制模拟/数字转换器以及可编程增益放大器。可编程增益放大器接收输入信号并以增益因子放大输入信号以产生放大输入信号，而模拟/数字转换器根据实际参考电压信号将放大输入信号转换成数字信号。此自动增益控制方法包含：根据数字信号以及目前使用的实际参考电压决定模拟/数字转换器的所需参考电压信号；以及根据所需参考电压信号以及磁滞行为来共同调整供应给可编程增益放大器的增益因子以及输入至模拟/数字转换器的实际参考电压信号。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的模拟/数字转换系统的方块图。
图2为图1所示的磁滞式可编程增益放大控制器的切换行为的示意图。
图3为根据本发明的实施例的视讯译码器的电路方块图。
图4为根据本发明的实施例的自动增益控制方法的流程图。
附图符号说明
100       模拟/数字转换系统
110、310  可编程增益放大器
120、320  模拟/数字转换器
130、330  模拟/数字转换振幅计算器
140、340  磁滞式可编程增益放大控制器
150、350  数字/模拟转换器
300       视讯译码器
360       亮度/色度分离器
365       U/V解调器
370       数字插补器
380       插补相位产生器
382       水平同步分离器
384       数字线锁定锁相回路
具体实施方式
图1显示根据本发明实施例的模拟/数字转换系统100的方块图。模拟/数字转换系统100包含可编程增益放大器(programmable gain amplifier，PGA)110、模拟/数字转换器120、模拟/数字转换振幅计算器(ADC signalamplitude calculator)130、磁滞式可编程增益放大控制器(hysteretic PGAcontroller)140以及数字/模拟转换器150。在此实施例中，模拟/数字转换系统100接收输入信号，例如复合视讯信号CVBS，其为模拟电视信号且符合如NTSC(National Television Standards Committee)和PAL(PhaseAlternation Line)的电视系统规格。应注意到，复合视讯信号CVBS仅为本发明的输入信号其中一例，用以说明模拟/数字转换系统100的功能，并非用以限制本发明。
模拟/数字转换系统100的运作说明如下。可编程增益放大器110以增益因子G放大复合视讯信号CVBS以产生经放大的复合视讯信号Sa，可编程增益放大器110预处理复合视讯信号CVBS，使得预处理后的复合视讯信号可被后续电路所加以译码。模拟/数字转换器120数字化经放大的复合视讯信号Sa以产生数字信号Sd供数字域处理：参考时钟Sc以及模拟参考电压值REF被输入至模拟/数字转换器120，而模拟/数字转换器120利用参考时钟Sc以及模拟参考电压值REF取样并数字化经放大的复合视讯信号Sa。
接着，将数字信号Sd传送至模拟/数字转换振幅计算器130以决定模拟/数字转换器120所需的参考电压信号Sref1；于较佳具体实施例中，模拟/数字转换振幅计算器130检测输入数字信号Sd的振幅并接收自磁滞式可编程增益放大控制器140输出的实际参考电压信号Sref2；模拟/数字转换振幅计算器130比较所检测到的振幅值以及理想的预定振幅值，以根据目前使用的实际参考电压信号Sref2计算下一个所需参考电压信号Sref1。若被检测的振幅与理想的预定振幅相等，则模拟/数字转换振幅计算器130输出回馈信号(亦即实际参考电压信号Sref2)来作为所需参考电压信号Sref1直到下一次比较运作；若被检测的振幅大于或小于理想的预定振幅，则模拟/数字转换振幅计算器130将根据类磁滞行为输出大于或小于目前使用的实际参考电压信号Sref2的所需参考电压信号Sref1。此外，磁滞式可编程增益放大控制器140根据所接收的所需参考电压信号Sref1输出增益因子G以及实际参考电压信号Sref2。
图1中的实施例可视为具有自动增益控制的模拟/数字转换器，此自动增益控制包含模拟/数字转换振幅计算器130以及磁滞式可编程增益放大控制器140，用来以磁滞方式进行自动增益控制。
图2为图1所示的磁滞式可编程增益放大控制器140的切换行为的示意图，其中水平轴代表了可编程增益放大器110的输入，而垂直轴表示可编程增益放大器11的输出(或称给模拟/数字转换器120的参考电压值REF)。此外，图2中示出了磁滞式可编程增益放大控制器140的三条输入-输出曲线，且每一输入-输出曲线对应于设定予可编程增益放大器110的特定增益因子G。假设，对应于目前增益因子G＝2的第二输入-输出曲线是由磁滞式可编程增益放大控制器140所选择。此外，若磁滞式可编程增益放大控制器140的输入信号(亦即所需参考电压信号Sref1)具有位于第二输入-输出关系所定义的参考电压范围中的参考电压值，则磁滞式可编程增益放大控制器140便输出所需参考电压信号Sref1以作为实际参考电压信号Sref2。以图2中央处所示的第二输入-输出关系为例，参考电压范围为1024至3072。然而，若所需参考电压信号Sref1并未位于磁滞式可编程增益放大控制器140的第二输入-输出关系所定义的参考电压范围(1024-3037)(也就是说，参考电压信号Sref1的参考电压值大于或小于第二输入-输出关系的输出范围)，则磁滞式可编程增益放大控制器140便调整设定可编程增益放大器的增益因子G，并启用对应于调整后增益因子G的另一输入-输出关系。举例来说，当所需参考电压信号Sref1的值太大时，便启用图2所示的对应于增益因子G＝1的第三输入-输出关系；在另一个例子中，当所需参考电压信号Sref1的值太小时，便启用图2所示的对应于增益因子G＝4的第一输入-输出关系。须注意的是，前述三个输入-输出关系具有部分重迭的输入范围，使得磁滞式可编程增益放大控制器140于切换两相邻输入-输出关系时具有磁滞行为，如图2所示，第二输入-输出关系以及第三输入-输出关系具有部分重迭的输入范围，而第一输入-输出关系以及第二输入-输出关系亦具有部分重迭的输入范围。举例而言，以正使用增益因子G＝2的第二输入-输出关系为例，当所需参考电压信号Sref1的值太大时，会启用图2所示的对应于增益因子G＝1的第三输入-输出关系，由于两者具有部分重迭的输入范围，之后若可编程增益放大控制器140的输入信号变小，会继续使用增益因子G＝1的第三输入-输出关系，直到超出处理范围为止，方才切换回增益因子G＝2的第二输入-输出关系；而当可编程增益放大控制器140的输入信号又变大时，由于两者具有部分重迭的输入范围，仍会使用增益因子G＝2的第二输入-输出关系，而不会立即跳至增益因子G＝1的第三输入-输出关系，故可避免可编程增益放大控制器140振荡运作，直到输入信号大到超出增益因子G＝2的第二输入-输出关系时，才切换至增益因子G＝1的第三输入-输出关系，产生类似磁滞运作行为。
然后，实际参考电压信号Sref2被输入至数字/模拟转换器150以将实际参考电压信号Sref2转换成用来传输模拟参考电压值REF的模拟信号，此参考电压值REF被模拟/数字转换器120使用以将调整后复合视讯信号Sa转换成数字信号Sd。须注意的是，当增益因子G改变时，参考电压值REF亦应跟着改变，以经由可编程增益放大器110以及模拟/数字转换器120获得产生所需数字信号Sd的最佳效能。此外，若模拟/数字转换器120可直接通过实际参考电压信号Sref2而调整，则数字/模拟转换器150则可被省略，也就是说，模拟/数字转换器120此时可接收数字输入信号而不是模拟输入信号，以撷取出由数字输入信号所传输的参考电压值。
请参考图3，图3显示根据本发明的实施例的视讯译码器300的电路方块图。视讯译码器300接收复合视讯信号CVBS’，并译码复合视讯信号CVBS’以产生亮度信号Y以及色度信号U、V。于此实施例中，产生数字信号Sd’的操作以及调整可编程增益放大器310的增益因子G’与模拟/数字转换器320的参考电压值REF的操作与模拟/数字转换系统100中的操作的类似，故在此不再赘述。
亮度/色度分离器360接收数字信号Sd’，并分析数字信号Sd’以产生预先亮度信号Y’以及预先色度信号C’，其中预先色度信号C’传至U/V解调器365，U/V解调器365解调预先色度信号C’而产生第一预先亮度信号U’以及第二色度信号V’。为了便利解调预先色度信号C’，参考时钟Sc’的频率较佳地为复合视讯信号CVBS’的副载波(sub-carrier)频率的四倍，因此，数字信号Sd’的数据传输率为复合视讯信号CVBS’中预先色度信号C’的副载波频率的四倍，然而，此数字信号Sd’无法满足电视屏幕的每一扫瞄线显示复合视讯信号CVBS’所传递的视讯节目的要求，所以，数字插补器370根据插补相位Sic插补预先亮度信号Y’、第一预先色度信号U’以及第二预先色度信号V’，以分别产生亮度信号Y、第一色度信号U以及第二色度信号V，藉此，亮度信号Y以及色度信号C匹配于在每一扫瞄线显示像素的速率。
在一实施例中，同步时钟Sc’的频率为高于复合视讯信号CVBS’的色度信号C的副载波频率的四倍，因此，利用额外的降取样器(down-sampler)(未示)降取样数字信号Sd’以产生第一数字信号，使其频率等于复合视讯信号CVBS’的副载波频率的四倍，而且，可在模拟/数字转换器320与前述降取样器的间增设数字滤波器(未示)以过滤数字信号Sd’的高频噪声部份，然后产生过滤信号以输入至前述降取样器。当数字信号Sd’的数据传输率增加时，可得到更好的效能表现，藉此，可完整移除高频噪声部份，然后将第一数字信号输入至模拟/数字转换振幅计算器330、亮度/色度分离器360、以及插补相位产生器380以进行后续的信号处理。
如图3所示，插补相位产生器380包含水平同步分离器(Hsyncseparator)382以及数字线锁定锁相回路(digital line-lockedphase-locked loop)384。水平同步分离器382接收数字信号Sd’并分离水平同步端(horizontal synchronization tip)，以根据连续的水平同步端来决定显示复合视讯信号CVBS’所传输的视讯节目的每一扫瞄线的启始边界和结束边界，其中水平同步端在模拟电视系统的规格中被定义来确定扫描线的启始点。根据启始边界信号Ss以及结束边界信号St，数字线锁定锁相回路384产生插补相位Sic此插补相位Sic接着被数字插补器370使用来重新调整预先亮度信号Y’、第一预先色度信号U’以及第二预先色度信号V’。磁滞运作控制避免可编程增益放大控制器310振荡运作，可明显改善视讯译码器300的输出画面的稳定度。
图4为本发明的实施例的自动增益控制方法的流程图。此自动增益控制方法详述如下：
步骤400：根据自模拟/数字转换器输出的数字信号以及目前使用的实际参考电压信号决定模拟/数字转换器的所需参考电压信号。
步骤402：确认目前供应给可编程增益放大器的增益因子所对应的所需参考电压信号是否在可编程增益放大器的第一输入-输出关系的输出范围内。若是，则执行步骤404；否则，执行步骤406。
步骤404：所需参考电压信号被输出以作为实际参考电压信号。
步骤406：根据所需参考电压信号以及磁滞行为来共同调整供应给可编程增益放大器的增益因子以及施用于模拟/数字转换器的实际参考电压信号，其中第二输入-输出关系被采用且对应于调整后增益因子的实际参考电压信号系根据可编程增益放大器的第二输入-输出关系而输出。
根据本发明，可编程增益放大器被用以粗略地放大输入信号，而接下来的模拟/数字转换器被用以根据调整后参考电压值以数字化输入信号，因此，模拟/数字转换器的输入范围便完整地用以数字化放大后的输入信号，以最小化量化错误与模拟/数字转换器的输入范围的间的比例。此外，所披露的磁滞式可编程增益放大控制器可防止供应给可编程增益放大器的增益因子在两候选增益因子间来回切换，亦即形成来回振荡，因此，本发明可使输入的复合视讯信号转换成所需数字信号时有较好的表现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种具有自动增益控制的模拟/数字转换系统，包含：
一可编程增益放大器，用来接收一输入信号并以一增益因子放大该输入信号以产生一放大输入信号；
一模拟/数字转换器，耦接至该可编程增益放大器，用以根据一实际参考电压信号将该放大输入信号转换成一数字信号；以及
一自动增益控制器，耦接至该可编程增益放大器以及该模拟/数字转换器，用以根据一磁滞行为控制该放大器的该增益因子以及该模拟/数字转换器的该实际参考电压信号。
2.如权利要求1所述的模拟/数字转换系统，其中该自动增益控制器包含：
一模拟/数字转换振幅计算器，耦接至该模拟/数字转换器，用以根据该数字信号以及目前使用的实际参考电压信号决定该模拟/数字转换器的一所需参考电压信号；以及
一可编程增益放大控制器，耦接至该模拟/数字转换振幅计算器、该可编程增益放大器以及该模拟/数字转换器，用以根据该所需参考电压信号调整该可编程增益放大器的该增益因子以及施用于该模拟/数字转换器的该实际参考电压信号。
3.如权利要求2所述的模拟/数字转换系统，还包含：
一数字/模拟转换器，连接至该可编程增益放大控制器以及该模拟/数字转换器，用以将该实际参考电压信号转换成供应给该模拟/数字转换器的一模拟参考电压。
4.如权利要求2所述的模拟/数字转换系统，其中若对应于正供应给该可编程增益放大器的该增益因子的该预定参考电压信号落于该可编程增益放大器的一第一输入对输出关系的一输出范围内，该可编程增益放大器控制器输出该预定参考电压信号以作为该实际参考电压信号。
5.如权利要求4所述的模拟/数字转换系统，其中若目前供应给该可编程增益放大器的该增益因子所对应的该预定参考电压信号未落于该可编程增益放大器的一第一输入-输出关系的输出范围内，则该可编程增益放大控制器调整供应给该可编程增益放大器的该增益因子，并采用一第二输入-输出关系以根据该可编程增益放大器的该第二输入-输出关系来输出对应于该调整后增益因子的该实际参考电压信号。
6.如权利要求5所述的模拟/数字转换系统，其中该调整后实际参考电压信号被传回至该模拟/数字转换振幅计算器以计算下一个所需电压参考信号。
7.如权利要求5所述的模拟/数字转换系统，其中该第一和第二输入-输出关系具有一部份重迭的输入范围，以及该部份重迭的输入范围定义了该可编程增益放大控制器在切换该第一和第二输入-输出关系时的该磁滞行为。
8.如权利要求1所述的模拟/数字转换系统，其中该模拟/数字转换系统应用于一视讯译码器中。
9.如权利要求1所述的模拟/数字转换系统，其中该输入信号为一复合视讯信号。
10.如权利要求9所述的模拟/数字转换系统，其中该复合视讯信号符合一NTSC规格或一PAL规格。
11.一种自动增益控制方法，用以控制一模拟/数字转换器与一可编程增益放大器，该可编程增益放大器以一增益因子放大一输入信号以产生一放大输入信号，该模拟/数字转换器根据一实际参考电压将该放大输入信号转换成一数字信号，该自动增益控制控制方法包含：
根据该数字信号以及目前使用的该实际参考电压决定该模拟/数字转换器的一所需参考电压信号；以及
根据该所需参考电压信号以及一磁滞行为来共同调整供应给该可编程增益放大器的该增益因子以及应用于该模拟/数字转换器的该实际参考电压信号。
12.如权利要求11所述的方法，还包含：
将该实际参考电压信号转换成供应给该模拟/数字转换器的一模拟参考电压。
13.如权利要求11所述的方法，其中若目前供应给该可编程增益放大器的该增益因子所对应的该所需参考电压信号落于该可编程增益放大器的一第一输入-输出关系的一输出范围内，则该预定参考电压信号被输出以作为该实际参考电压信号。
14.如权利要求13所述的方法，其中若对应于供应给该可编程增益放大器的该增益因子的该所需参考电压信号未落于该可编程增益放大器的该第一输入-输出关系的输出范围内，则调整供应给该可编程增益放大器的该增益因子，并采用一第二输入-输出关系且根据该程序增益放大器的该第二输入-输出关系来输出对应于该调整后增益因子的该实际参考电压信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中该调整后实际参考电压信号还被用以更新该所需电压参考信号。
16.如权利要求14所述的方法，其中该第一和第二输入-输出关系具有一部份重迭的输入范围，且该部份重迭的输入范围定义了该第一和第二输入对输出关系于切换时的该磁滞行为。
17.如权利要求11所述的方法，其中该输入信号为一复合视讯信号。
18.如权利要求17所述的方法，其中该复合视讯信号符合一NTSC规格或一PAL规格。
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