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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Analog-Digital-Wandler
und ein Verfahren zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals in
eine digitale Information.
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In
den letzten Jahren kam die digitale Signalverarbeitung in immer
mehr Anwendungen zum Einsatz. Jedoch sind viele Umgebungssignale
hauptsächlich
als analoge Größen verfügbar. Ebenso
erfordert die Übertragung
von Informationen über
unterschiedliche Verbindungstypen es oft, dass Signale als analoge
Signale behandelt werden. Folglich besteht ein großer Bedarf
an der Umwandlung eines analogen in ein digitales Signal.
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Viele
Konzepte wurden vorgeschlagen, wobei jedes Konzept sich auf bestimmte
Erfordernisse bezüglich
Geschwindigkeit, Leistungsaufnahme, Genauigkeit und Kosten richtet.
Jedoch besteht noch immer Bedarf an verbesserten Analog-Digital-Umwandlungslösungen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung erschafft einen Analog-Digital-Wandler, der einen
Fensterkomparator, einen Pegelfensterpositionssignalgenerator und einen
Ausgang für
eine digitale Information aufweist. Der Fensterkomparator weist
einen Eingang für
ein analoges Eingangssignal und einen Ausgang für ein Vergleichsergebnis, das
ein Ergebnis eines Vergleichs des analogen Eingangssignals mit einer
oberen Begrenzung und einer unteren Begrenzung eines Pegelfensters
anzeigt, auf. Der Pegelfensterpositionssignalgenerator weist einen
Ausgang für
ein Pegelfensterpositionssignal, das eine Position des Pegelfensters
basierend auf einer von dem Vergleichsergebnis abgeleiteten Information
einstellt, und anzeigt, ob das Pegelfenster erhöht, verringert oder aufrechterhalten
werden soll, auf. Der Ausgang liefert eine auf dem Vergleichsergebnis
basierende digitale Information.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezüglich der beigefügten Figuren
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Blockschema eines Analog-Digital-Wandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
detailliertes Schaltbild eines Analog-Digital-Wandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung eines Datenlatchs, der in einem Ausführungsbeispiel
des Analog-Digital-Wandlers
verwendet werden kann;
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3a eine
schematische Darstellung eines alternativen Datenlatchs, das in
einem Ausführungsbeispiel
des Analog-Digital-Wandlers verwendet werden kann;
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4 eine
graphische Darstellung eines Eingangssignals und eines digitalen
Ausgangssignals für
einen Analog-Digital-Wandler gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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5 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals
in eine digitale Information.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein Blockschema eines Analog-Digital-Wandlers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Analog-Digital-Wandler gemäß 1 ist
in seiner Gesamtheit mit 500 bezeichnet. Der Analog-Digital-Wandler 500 weist
einen Fensterkomparator 510 auf. Der Fensterkomparator
weist einen Eingang 512 für ein analoges Signal und einen
Ausgang für
ein Vergleichsergebnis 514, das ein Ergebnis eines Vergleichs
des analogen Eingangssignals 512 mit einer oberen Begrenzung und
einer unteren Begrenzung eines Pegelfensters anzeigt, auf. Der Analog-Digital-Wandler 500 weist ferner
einen Pegelfensterpositionssignalgenerator 520 auf. Der
Pegelfensterpositionssignalgenerator 520 weist einen Ausgang
für ein
Pegelfensterpositionssignal 522, das eine Position eines
Pegelfensters basierend auf dem Vergleichsergebnis 514 einstellt, auf.
Der Analog-Digital-Wandler
weist ferner einen Ausgang 530 für eine auf dem Vergleichsergebnis 514 basierende
digitale Information auf.
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Nachfolgend
wird die Funktionalität
des erfindungsgemäßen Analog-Digital-Wandlers 500 beschrieben.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Fensterkomparator 510 ein
Pegelfenster mit einer oberen Begrenzung und einer unteren Begrenzung
verwendet. Somit empfängt
der Fensterkomparator 510 das analoge Eingangssignal 512 und
liefert das Vergleichsergebnis 514, derart, dass das Vergleichsergebnis 514 anzeigt,
ob sich das analoge Eingangssignal 512 oberhalb der oberen
Begrenzung des Pegelfensters, innerhalb des Pegelfensters (d. h.
zwischen der oberen Begrenzung des Pegelfensters und der unteren
Begrenzung des Pegelfensters), oder unterhalb der unteren Begrenzung des
Pegelfens ters befindet. Somit beschreibt das Vergleichsergebnis 514 vorzugsweise
drei Möglichkeiten.
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Folglich
ist der Pegelfensterpositionssignalgenerator 520 angepasst,
um die Position des Pegelfensters abhängig von den drei möglichen
Zuständen des
Vergleichsergebnisses 514 einzustellen. Somit gewährleistet
der Einsatz des Fensterkomparators 514 einen flexiblen
Weg, eine Relation zwischen einem Pegel des anlogen Eingangssignals 512 und Begrenzungen
des Pegelfensters in Betracht zu ziehen. Demzufolge kann eine spezielle
Handhabung eingesetzt werden, wenn sich der Pegel des analogen Eingangssignals 512 innerhalb
des Pegelfensters (d. h. zwischen der unteren Begrenzung des Pegelfensters
und der oberen Begrenzung des Pegelfensters), wie es durch das Pegelfensterpositionssignal 522 definiert
ist, befindet. Somit wird durch den Gebrauch des Fensterkomparators 510 ein
harter Übergang
zwischen einem ersten Zustand, in dem sich der Pegel des analogen
Eingangssignals 512 unterhalb eines Referenzpegels befindet,
und einem zweiten Zustand, in dem sich der Pegel des analogen Eingangssignals 512 oberhalb
des Referenzpegels befindet, vermieden. Vielmehr wird ein Zustand
zwischen der unteren Begrenzung des Pegelfensters und der oberen
Begrenzung des Pegelfensters als ein Zwischenzustand eingebracht,
was zu einem Dreizustand-Vergleichsergebnis 514 führt.
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Somit
stellt der bezüglich
der 1 beschriebene Analog-Digital-Wandler einen Analog-Digital-Wandler
dar, bei dem eine Pegelfensterposition abhängig von einem Vergleichsergebnis
eingestellt wird, wobei das Vergleichsergebnis einen Vergleich zwischen
den Begrenzungen des Pegelfensters und des analogen Fenstersignals 514 beschreibt,
wobei drei Zustände
des Vergleichsergebnisses 514 gehandhabt werden.
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Die
Verwendung von drei Zuständen,
im Besonderen eines Zustands, in dem sich der Pegel des analogen
Eingangssignals 512 innerhalb des Pegelfensters befindet,
schafft die Möglichkeit,
die Anzahl von Schaltoperationen im Vergleich zu einem herkömmlichen
Analog-Digital-Wandler zu reduzieren. Dies ist auf die Tatsache
zurückzuführen, dass
bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Zustand, während
dem sich das analoge Eingangssignal 512 innerhalb des Pegelfensters
befindet, für
einen verlängerten
Zeitraum aufrechterhalten werden kann, da ein in dem analogen Eingangssignal 512 enthaltenes Rauschen
in der Regel zu gering ist, um das analoge Eingangssignal 512 aus
dem Pegelfenster zu bewegen. Demnach führt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ein etwa konstantes Eingangssignal 512 (das
einen begrenzten Betrag an Rauschen oder Überschwingen oder Unterschwingen
aufweisen kann) zu einem konstanten Vergleichsergebnis 514 des
Fensterkomparators 510 und folglich zu einem (wenigstens
näherungsweise)
konstanten Pegelfensterpositionssignal 522. Somit bringt
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
die vorliegende Erfindung die Möglichkeit
eines Pegelfensterpositionssignals 522, das einem Pegel
des analogen Eingangssignals 512 folgt, wobei eine dauerhafte Änderung
des Pegelfensterpositionssignals 522 vermieden wird, mit
sich, vorausgesetzt, dass das analoge Signal 512 etwa konstant
ist und innerhalb des Pegelfensters bleibt.
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Weitere
Details bezüglich
eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Zu diesem
Zweck zeigt 2 ein detailliertes Schaltbild
eines erfindungsgemäßen Analog-Digital-Wandlers
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Analog-Digital-Wandler gemäß 2 ist in
seiner Gesamtheit mit 600 bezeichnet.
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Der
Analog-Digital-Wandler 600 weist ein optionales Tiefpassfilter 610 auf,
das als Anti-Aliasing-Filter dienen kann. Das Tiefpassfilter 610 umfasst
einen Eingang für
ein analoges Eingangssignal 612. Das Tiefpassfilter 610 weist
ferner einen Ausgang für
ein gefiltertes analoges Eingangssignal 614 auf.
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Der
Analog-Digital-Wandler 600 weist ferner einen optionalen
Verstärker 616 zum
Empfangen des gefilterten analogen Eingangssignals 614 und
zum Liefern eines verstärkten
gefilterten analogen Eingangssignals 618 auf.
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Der
Analog-Digital-Wandler 600 weist ferner einen Fensterkomparator 620 auf.
Der Fensterkomparator 620 weist einen Eingang zum Empfangen des
verstärkten
gefilterten analogen Eingangssignals 618 auf. Jedoch kann
bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
der Fensterkomparator 620 auch angepasst sein, um das gefilterte
analoge Eingangssignal 614 zu empfangen (z. B. falls der
optionale Verstärker 616 weggelassen
wurde) oder um das analoge Eingangssignal 612 zu empfangen
(z. B. falls das optionale Tiefpassfilter 610 weggelassen
wurde).
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Der
Fensterkomparator 620 weist ferner einen Eingang für ein Pegelfensterpositionssignal 622 zum
Einstellen einer Position des Pegelfensters des Fensterkomparators 620 auf.
Eine Erzeugung des Pegelfensterpositionssignals 622 wird
nachfolgend noch genauer beschrieben. Der Fensterkomparator 620 weist
ferner einen Ausgang für
ein Vergleichsergebnis 624 auf. Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann das Vergleichsergebnis 624 z.
B. in Form von zwei binären
Signalen 624a, 624b geliefert sein. Jedoch kann
auch eine beliebige andere Darstellung des Vergleichsergebnisses 624 gewählt werden,
vorausgesetzt, dass das Vergleichsergebnis 624 anzeigt,
ob sich der Pegel des Eingangssignals des Fensterkomparators 620 oberhalb einer
oberen Begrenzung des Pegelfensters des Fensterkomparators 620,
innerhalb des Pegelfensters des Komparators (d. h. zwischen einer
unteren Begrenzung des Pegelfensters und einer oberen Begrenzung
des Pegelfensters) oder unterhalb der unteren Begrenzung des Pegelfensters
befindet. Anders ausgedrückt,
das Vergleichsergebnis 624 ist ein Signal, das mindestens
drei Zustände,
wie oben beschrieben, aufweist.
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Der
Analog-Digital-Wandler 600 weist ferner eine Steuerlogik 630 auf,
die bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ein
erstes JK-Flipflop 632, ein zweites JK-Flipflop 634 und
ein NOR-Gatter 636 aufweist. Die Steuerlogik 630 weist
einen ersten Eingang zum Empfangen des ersten Vergleichsergebnissignals 624a und
einen zweiten Eingang zum Empfangen des zweiten Vergleichsergebnissignals 624b auf.
Zudem weist die Steuerlogik 630 einen Takteingang für ein Taktsignal 640 auf.
Es sei also darauf hingewiesen, dass die Steuerlogik 630 eine getaktete
Schaltung ist. Die Steuerlogik 630 weist ferner einen ersten
Ausgang zum Liefern eines Vorwärtszählsignals 642 und
einen zweiten Ausgang zum Liefern eines Rückwärtszählsignals 644 auf.
Es sei darauf hingewiesen, dass in Betracht gezogen werden kann,
dass das Vorwärtszählsignal 642 und das
Rückwärtszählsignal 644 eine
Vorwärtszähl-/Rückwärtszählinformation
bilden.
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Der
Analog-Digital-Wandler 600 weist ferner einen Pegelfensterpositionsgenerator 660 auf.
Der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 weist einen
Eingang zum Empfangen der Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
(z. B. des Vorwärtszählsignals 642 und
des Rückwärtszählsignals 644) und
einen Ausgang zum Liefern des Pegelfensterpositionssignals 622 auf.
Der Ausgang zum Liefern des Pegelfensterpositionssignals 622 ist
mit einem entsprechenden Eingang des Fensterkomparators 620 gekoppelt.
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Insgesamt
weist der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 eine
Schaltung zum Liefern des Pegelfensterpositionssignals 622 abhängig von
der Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information auf.
Mit anderen Worten, der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 ist
angepasst, um das Pegelfensterpositionssignal 622 derart
einzustellen, dass die Position des Pegelfensters dem Pegel des
Eingangssignals des Fensterkomparators 620 (z. B. des Signals 618) folgt.
Somit ist der Pegelfensterpositionssignalgenerator angepasst, um
das Pegelfensterpositionssignal 622 ansprechend auf eine
Aktivierung des Vorwärtszählsignals 642 in
eine erste Richtung zu ändern.
Zudem ist der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 angepasst,
um die Pegelfensterposition 622 ansprechend auf die Aktivierung
des Rückwärtszählsignals 644 in
eine zweite Richtung (verschieden von der ersten Richtung) zu ändern.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 angepasst,
um das Pegelfensterpositionssignal 622 derart zu ändern, dass
das Pegelfensterpositionssignal 622 eine erhöhte Pegelposition
des Pegelfensters anzeigt, wenn die Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
anzeigt, dass das Eingangssignal 618 des Fensterkomparators 620 einen
Pegel oberhalb der oberen Begrenzung des Pegelfensters aufweist.
Im Gegensatz dazu ist der Pegelfensterpositionsgenerator 660 angepasst,
das Pegelfensterpositionssignal 622 derart zu ändern, dass
das Pegelfensterpositionssignal eine verringerte Pegelposition des Pegelfensters
anzeigt, wenn die Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
anzeigt, dass sich ein Pegel des Eingangssignals 618 des
Fensterkomparators 620 unterhalb einer unteren Begrenzung
des Pegelfensters befindet.
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Zudem
ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 angepasst,
um das Pegelfensterpositionssignal 622 unverändert zu
belassen, falls die Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
anzeigt, dass sich der Pegel des Eingangssignals 618 des
Fensterkomparators 620 innerhalb des Pegelfensters (d.
h. zwischen der unteren Begrenzung des Pegelfensters und der oberen
Begrenzung des Pegelfensters) befindet. In diesem Fall speichert
der Pegelfensterpositionssignalgenerator vorzugsweise das vorhergehende
Pegelfensterpositionssignal 622.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
der Analog-Digital-Wandler 600 ferner
einen Zähler 670 auf.
Der Zähler 670 weist
einen Eingang für
eine Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
(z. B. für
das Vorwärtszählsignal 642 und
das Rückwärtszählsignal 644)
auf und weist ferner einen Takteingang (nicht gezeigt) auf. Der
Zähler 670 weist ebenso
einen Ausgang für
einen Zählwert 672 auf, der
vorzugsweise in digitaler, codierter Form, z. B. in einer Binärcodierung,
geliefert ist. So bildet der Zählwert 672 vorzugsweise
die digitale Information.
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Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Zähler 670 z.
B. angepasst sein kann, um ansprechend auf eine Flanke des Taktsignals
(nicht gezeigt) vorwärts
zu zählen,
falls das Vorwärtszählsignal 642 aktiv
ist. Zudem kann der Zähler 670 angepasst
sein, um bei dem Vorhandensein einer Flanke des Taktsignals rückwärts zu zählen, falls
das Rückwärtszählsignal 644 aktiv
ist. Überdies
kann der Zähler 670 adaptiert
sein, um seinen Zählwert 672 unverändert zu
belassen, wenn sowohl das Vorwärtszählsignal 642 als
auch das Rückwärtszählsignal 644 inaktiv
sind, um somit anzuzeigen, dass sich das Eingangssignal 618 des
Fensterkomparators 620 zwischen der unteren Begrenzung
des Pegelfensters und der oberen Begrenzung des Pegelfensters befindet.
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Allgemein
sei darauf hingewiesen, dass der Zähler 670 vorzugsweise
derart angepasst ist, dass der von dem Zähler 670 ausgegebene
Zählwert 672 der
Position des Pegelfensters folgt.
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Somit
ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Zähler 670 angepasst,
um in eine erste Richtung (z. B. vorwärts) zu zählen, sooft der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 das
Pegelfensterpositionssignal 622 in eine erste Pegelfensterpositionsänderungsrichtung
(z. B. zu einem höheren Pegel) ändert. Außerdem ist
der Zähler 660 vorzugsweise
angepasst, um in eine zweite Richtung (z. B. rückwärts) zu zählen, sooft der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 den
Pegel des Pegelfensterpositionssignals 622 in eine zweite
Pegelfensterpositionsänderungsrichtung
(z. B. zu einem niederen Pegel) ändert.
Ebenso ist der Zähler 670 vorzugsweise angepasst,
um den Zählwert 672 unverändert zu
belassen, sooft der Pegelfensterpositions signalgenerator 660 den
Pegel des Pegelfensterpositionssignals 622 unverändert belässt.
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Zudem
sei darauf hingewiesen, dass bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Zähler 670 einen
Takt derselben Frequenz, die zum Auswerten des von dem Fensterkomparator
gelieferten Vergleichsergebnisse 624 verwendet wird, empfängt.
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Der
Analog-Digital-Wandler kann (optional) einen Eingang aufweisen,
um das Taktsignal 640 zu empfangen. Alternativ kann der
Analog-Digital-Wandler 600 eine interne Taktquelle 676 aufweisen.
Die interne Taktquelle 676 kann bei einem Ausführungsbeispiel
eine Taktrückgewinnungsschaltung sein,
die angepasst ist, um einen in dem Eingangssignal 612 enthaltenen
Datensymboltakt oder ein Mehrfaches des Datensymboltakts zurückzugewinnen.
Alternativ kann der Takt von dem Trägersignal (oder von der Frequenz
des Trägersignals)
extrahiert werden, da die Bitrate von der Trägerfrequenz abhängig sein
kann, oder sich in einer vorbestimmten Beziehung zu der Trägerfrequenz
befinden kann. Somit kann die Frequenz des Taktsignals 640 mit
einem Datentakt von Datensymbolen in dem Eingangssignal 612 synchronisiert
sein.
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Folglich
bestimmt das Taktsignal 640 ein Abtasten des Vergleichsergebnisses 624 derart,
dass die Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
synchron mit dem Taktsignal 640 aktualisiert wird. Außerdem erfolgt
die Änderung
des Pegelfensterpositionssignals 620 vorzugsweise synchron
mit dem Taktsignal 640, wie es im Folgenden genauer erklärt wird.
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Nachfolgend
werden Details der Blöcke
des Analog-Digital-Wandlers 600 beschrieben.
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Zuerst
sei darauf hingewiesen, dass das Tiefpassfilter 610 ein π-Filter umfasst,
das einen ersten Kondensator 610a, einen Widerstand 610b und einen
zweiten Kondensator 610c, die wie in 2 gezeigt
angeschlossen sind, aufweist.
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Der
Fensterkomparator 620 weist einen Eingang für das verstärkte und
gefilterte analoge Eingangssignal 618 auf. Überdies
weist der Fensterkomparator einen Pegelumsetzer zum Liefern einer pegelverschobenen
Version des Eingangssignals 618 auf. Der Pegelumsetzer
ist z. B. durch einen oder mehrere Widerstände 620a, 620b,
die mit den Eingangssignalen verbunden sind, implementiert. Ein vorbestimmter
Strom wird unter Verwendung einer Stromquelle 620c durch
den Widerstand 620a und/oder den Widerstand 620b getrieben.
Somit wird eine pegelumgesetzte Version 620b des Eingangssignals 618 erzeugt. Überdies
weist der Fensterkomparator 620 einen ersten Komparator 620e und
einen zweiten Komparator 620f auf. Der erste Komparator 620e ist
angepasst, um das Eingangssignal 618 des Fensterkomparators 620 und
das Pegelfensterpositionssignal 622 zu empfangen. Zudem
ist der erste Komparator 620e angepasst, um das erste Vergleichsergebnissignal 624a (vorzugsweise
ein digitales Signal) abhängig
davon, ob sich ein Pegel des Eingangssignals 618 des Fensterkomparators 620 unterhalb
oder oberhalb des Pegels des Pegelfensterpositionssignals 622 befindet,
zu liefern. Folglich zeigt das erste Vergleichsergebnissignal 624a an,
ob sich das Eingangssignal 618 des Fensterkomparators 620 unterhalb
oder oberhalb einer ersten Begrenzung des Pegelfensters befindet.
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Zudem
ist der zweite Komparator 640 angepasst, um als ein erstes
Eingangssignal die pegelumgesetzte Version 620d des Eingangssignals 618 und als
ein zweites Eingangssignal das Pegelfensterpositionssignal 622 zu
empfangen. Somit ist der zweite Komparator 620f angepasst,
das zweite Vergleichsergebnissignal 620d abhängig davon,
ob sich der Pegel der pegelumgesetzten Version 620d des
Eingangssignals 618 oberhalb oder unterhalb des Pegels
des Pegelfensterpositionssignals 622 befindet, zu erzeugen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist der Fensterkomparator 620 angepasst,
um ein digitales Signal des logischen Werts „1" an dem Ausgang des ersten Komparators 620 und
ein digitales Signal des logischen Werts „0" an dem Ausgang des zweiten Komparators 620f zu
liefern, falls sich der Pegel des Eingangssignals 618 oberhalb
der oberen Begrenzung des Pegelfensters befindet. Zudem weisen,
falls sich der Pegel des Eingangssignals 618 innerhalb
des Pegelfensters befindet, d. h. falls der Pegel des Eingangssignals 618 sich
oberhalb einer unteren Begrenzung des Pegelfensters und unterhalb
einer oberen Begrenzung des Pegelfensters befindet, sowohl das erste
Vergleichsergebnissignal 624a als auch das zweite Vergleichsergebnissignal 624b den
logischen Wert „0" auf. Außerdem nimmt,
falls sich der Pegel des Eingangssignals 618 unterhalb
der unteren Begrenzung des Pegelfensters befindet, das erste Vergleichsergebnissignal 624a den
logischen Wert „0" und das zweite Vergleichsergebnissignal 624 den
logischen Wert „1" an.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Logik, die das NOR-Gatter 636 und die JK-Flipflops 632, 634 aufweist,
beschrieben. Gemäß der im
Vorhergehenden genannten Definition der logischen Werte des ersten
Vergleichsergebnissignals 624a und des zweiten Vergleichsergebnissignals 624b sind
die K-Eingänge
der JK-Flipflops 632, 634 aktiv und die J-Eingänge der
JK-Flipflops 632, 634 inaktiv, wenn sich der Pegel
des Eingangssignals 618 innerhalb des Pegelfensters befindet.
Folglich werden die JK-Flipflops 632, 634 unter
dieser Bedingung auf eine Flanke des Taktsignals 640 hin
zurückgesetzt. Somit
sind, falls sich der Pegel des Eingangssignals 618 innerhalb
des Pegelfensters befindet, sowohl das Vorwärtszählsignal 624 als auch
das Rückwärtszählsignal 644 inaktiv
(weisen einen Wert von logisch „0" auf). Folglich wird der Zähler 670,
wenn der Pegel des Eingangssignals 618 sich innerhalb des
Pegelfensters befindet, weder vorwärts noch rückwärts zählen, sobald die entsprechende
Information über die
JK-Flipflops 632, 634 an das Vorwärtszählsignal 642 und
das Rückwärtszählsignal 644 weitergeleitet ist.
Wird nun angenommen, dass sich der Pegel des Eingangssignals 618 oberhalb
der oberen Begrenzung des Pegelfensters befindet, und wird zudem
angenommen, dass das erste Vergleichsergebnissignal 624a aktiv
(logisch „1") ist und das zweite
Vergleichsergebnissignal 624b inaktiv (logisch „0") ist, sind die K-Eingänge der
JK-Flipflops 632, 634 inaktiv. Überdies
ist der J-Eingang des ersten JK-Flipflops 632 aktiv, und
der J-Eingang des zweiten JK-Flipflops 634 ist inaktiv.
Somit ist das Vorwärtszählsignal 642 aktiviert,
und das Rückwärtszählsignal 644 bliebt
inaktiv, wenn sich der Pegel des Eingangssignals 618 oberhalb
der oberen Begrenzung des Pegelfensters befindet, sobald das Taktsignal 640 aktiviert
ist. Die umgekehrte Situation tritt ein, wenn sich der Pegel des Eingangssignals 618 unterhalb
der unteren Begrenzung des Pegelfensters befindet. In diesem Fall
bleibt das Vorwärtszählsignal 642 inaktiv,
während
das Rückwärtszählsignal 644 aktiviert
ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass angenommen
wird, dass kein unmittelbarer Übergang
zwischen einem Zustand, in dem sich der Pegel des Eingangssignals 618 unterhalb
des Pegelfensters befindet, und einer Situation, in der sich der
Pegel des Eingangssignals 618 oberhalb des Pegelfensters
befindet, stattfindet. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass stets
eine Sequenz der Form „Pegel
des Eingangssignals 618 unterhalb der unteren Begrenzung
des Pegelfensters; Pegel des Eingangssignals 618 innerhalb
des Pegelfensters; Pegel des Eingangssignals 618 oberhalb
des Pegels des Pegelfensters" oder umgekehrt
stattfindet.
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Um
das im Vorhergehenden Genannte zusammenzufassen, gibt es drei mögliche Zustände des
Vorwärtszählsignals 642 und
des Rückwärtszählsignals 644:
Vorwärtszählsignal 642 inaktiv
und Rückwärtszählsignal 644 inaktiv;
Vorwärtszählsignal 642 aktiv
und Rückwärtszählsignal 644 inaktiv;
Vorwärtszählsignal 642 inaktiv
und Rückwärtszählsignal 644 aktiv.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kommt
ein Zustand, in dem sowohl das Vorwärtszählsignal 642 als auch das
Rückwärtszählsignal 644 aktiv
sind, nicht vor. Somit empfängt
der Zähler 670,
sooft der Zähler 670 ein
Taktsignal (z. B. das Taktsignal 640) empfängt, eine
Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
(z. B. geliefert durch das Vorwärtszählsignal 642 und
das Rückwärtszählsignal 644), die
den Zähler
anweist, vorwärts
zu zählen,
rückwärts zu zählen oder
das Zählsignal
unverändert
zu belassen.
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Nachfolgend
werden strukturelle Details des Pegelfensterpositionssignalgenerators 660 erörtert. Der
Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 weist eine geschaltete
Spannungsquelle 660a, einen Operationstransimpedanzverstärker 660b und
eine Kapazität 660c auf.
Die geschaltete Spannungsquelle 660a empfängt die
Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information und stellt
ein Eingangssignal 660d des Operationstransimpedanzverstärkers 660b auf
einen von beispielsweise drei möglichen
Spannungspegeln abhängig
von der Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
ein. Zu diesem Zweck weist die geschaltete Spannungsquelle 660a z.
B. ein Schaltnetzwerk zum Verbinden des Signals 660d entweder
mit einer ersten Spannungsquelle 660e (z. B. über einen
ersten Schalter 660f), mit einer zweiten Spannungsquelle 660g (z.
B. über
einen zweiten Schalter 660h) oder mit einem Referenzpotential
(z. B. über
einen Widerstand 660i) auf. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der erste Schalter 660f geschlossen, wenn das Vorwärtszählsignal 642 aktiv
ist, was das Signal 660d auf einen ersten Spannungspegel zieht.
Falls das Rückwärtszählsignal 644 aktiv
ist, ist der zweite Schalter 660h geschlossen, was das
Signal 660d auf einen zweiten Spannungspegel zieht. Falls
sowohl das Vorwärtszählsignal 642 als
auch das Rückwärtszählsignal 644 inaktiv
sind, zieht ein Widerstand 660i das Signal 660d auf
einen dritten Spannungspegel.
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Der
Operationstransimpedanzverstärker 600b,
dessen Eingang mit dem Signal 600d verbunden ist und dessen
Ausgang mit einem Anschluss der Kapazität 600c verbunden ist,
ist angepasst, um einen Strom zum Laden der Kapazität 600c, wenn
der erste Spannungspegel an seinem Eingang anliegt, zu liefern,
und einen Strom zum Entladen der Kapazität 600c, wenn der zweite
Spannungspegel an seinem Eingang anliegt, zu liefern. Zudem ist
der Operationstransimpedanzverstärker 600b angepasst,
um einen Strom zum Unverändert-Belassen
der Ladung der Kapazität 600c zu
liefern, wenn der dritte Spannungspegel an seinem Eingang anliegt.
Zum Beispiel ist der Operationstransimpedanzverstärker 660b angepasst,
um Nullstrom zu liefern, falls das an seinen Eingang gelieferte
Signal 600d den dritten Spannungspegel annimmt. Alternativ
kann der Operationstransimpedanzverstärker 660b angepasst
sein, um einen Strom zu liefern, der Leckströme der Kapazität 660c ausgleicht,
wenn die Spannung an seinem Eingang den dritten Spannungspegel annimmt.
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Somit
wird die Spannung der Kapazität 660c in
Abhängigkeit
von der Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
erhöht,
konstant gehalten oder verringert. Es sei darauf hingewiesen, dass
die Spannung der Kapazität 660c verwendet
wird, um das Pegelfensterpositionssignal 622 zu liefern.
Bei einem vereinfachten Ausführungsbeispiel
wird die Spannung der Kapazität 660c direkt
als das Pegelfensterpositionssignal 622 verwendet. Jedoch
kann auch eine Schaltungsanordnung (z. B. Verstärker, Puffer, Pegelumsetzer
und ähnliches)
vorhanden sein, um das Pegelfensterpositionssignal von der Spannung der
Kapazität 660b abzuleiten.
-
Bezugnehmend
auf das Ausführungsbeispiel gemäß der 2 sei
darauf hingewiesen, dass bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Zustand der Schalter 660f, 660h für eine Periode
des Taktsignals 640 konstant bleibt, da das Vorwärtszählsignal 642 und
das Rückwärtszählsignal 644 nur
ansprechend auf die Flanke des Taktsignals 640 aktualisiert werden.
Somit ändert
sich bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 die
Spannung der Kapazität 660c während einer
vollen Periode des Taktsignals 640 in einer Weise, die
etwa zeitlinear ist. Jedoch können bei
einem weiteren praktischen Ausführungsbeispiel die
logische Schaltungsanordnung 630 und/oder der Pegelfensterpositionsfenstergenerator 660 derart
angepasst sein, dass sich die Spannung der Kapazität 660c nur
für die
Periode eines Zeitraums, der kürzer als
die Periode des Taktsignals 640 ist, ändert. So kann es z. B. bevorzugt
werden, dass der Zeitraum, über
den sich die Spannung der Kapazität 660c ansprechend
auf die Flanke des Taktsignals 640 ändert, nicht länger als
eine halbe Periode des Taktsignals 640 ist. Bei einem anderen
Ausführungsbeispiel
wird es bevorzugt, dass die Zeitperiode, während der sich die Spannung
der Kapazität 660c ändert, nicht
länger als
10% der Zeitperiode des Taktsignals 640 ist. Bei einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Zeitraum, während
dem sich die Spannung der Kapazität 660c ändert, identisch
mit einer halben Periode des Taktsignals 640, da eine derartige
Zeitgebung auf besonders einfache Art und Weise implementiert werden
kann.
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Um
das im Vorhergehenden Genannte zusammenzufassen, sei darauf hingewiesen,
dass das analoge Eingangssignal 622 ansprechend auf die Vorwärtszähl-/Rückwärtszähl-Information
durch eine vorbestimmte Größe erhöht wird
oder durch eine vorbestimmte Größe verringert
wird. Alternativ kann festgestellt werden, dass der Pegel des Pegelfensterpositionssignals 622 ansprechend
auf das Vergleichsergebnis, das beispielsweise durch das erste Vergleichsergebnissignal 624a und
das zweite Vergleichsergebnissignal 624b dargestellt ist,
erhöht oder
verringert wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Steuerschaltanordnung 630,
wie sie durch das NOR-Gatter 636, das erste JK-Flipflop 632 und
das zweite JK-Flipflop 634 bereitgestellt ist, gemäß den spezifischen
Erfordernissen der Anwendung geändert
werden kann. Überdies
kann der Mechanismus zur Erzeugung des Pegelfensterpositionssignals 622 auf der
Basis des Vergleichsergebnisses geändert werden, solange sichergestellt
ist, dass die drei möglichen
unterschiedlichen Vergleichsergebnisse (Eingangssignal 618 unterhalb,
innerhalb oder oberhalb des Pegelfensters) zu unterschied lichen
Zeitentwicklungen des Pegelfensterpositionssignals 620 (z.
B. erhöhend,
verringernd oder unverändert
bleibend) führen.
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Im
Folgenden ist eine alternative Implementierung einer Schaltung zum
Ableiten des Vorwärtszählsignals 642 und
des Rückwärtszählsignals 644 auf
der Basis des ersten Vergleichsergebnissignals 624a und
des zweiten Vergleichsergebnissignals 624b unter Bezugnahme
auf 3 beschrieben. Die in dem Schaltbild der 3 gezeigte
Schaltung wird in ihrer Gesamtheit mit 700 bezeichnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Schaltung 700 beispielsweise das
NOR-Gatter 636,
das erste JK-Flipflop 632 und das zweite JK-Flipflop 634 ersetzen
kann. Die Schaltung 700 weist ein erstes D-Flipflop 710 und
ein zweites D-Flipflop 712 auf. Das erste D-Flipflop 710 empfängt das
erste Vergleichsergebnissignal 624a als ein Dateneingangssignal.
Das zweite D-Flipflop 712 empfängt das zweite Vergleichsergebnissignal 624b als
ein Dateneingangssignal. Überdies
empfangen sowohl das erste D-Flipflop 710 als auch das
zweite D-Flipflop 712 das Taktsignal 640 als ihr
jeweiliges Taktsignal. Außerdem
liefert das erste D-Flipflop 710 als sein Ausgangssignal
(Q) das Vorwärtszählsignal 642.
Das zweite D-Flipflop 712 liefert als sein Ausgangssignal
(Q) das Rückwärtszählsignal 644.
Mit anderen Worten, das Vorwärtszählsignal 642 ist
eine gelatchte Version des ersten Vergleichsergebnissignals 624a,
und das Rückwärtszählsignal 644 ist
eine gelatchte Version des zweiten Vergleichsergebnissignals 624b.
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Im
Folgenden ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Schaltung
zum Ableiten des Vorwärtszählsignals 642 und
des Rückwärtszählsignals 644 auf
der Basis des ersten Vergleichsergebnissignals 624a und
des zweiten Vergleichsergebnissignals 624b unter Bezugnahme
auf 3a beschrieben. 3a zeigt
ein Schaltbild einer alternativen Implementierung der logischen
Schaltung 630. Die logische Schaltung der 3a ist
in ihrer Gesamtheit mit 750 bezeichnet. An dieser Stelle
sei darauf hingewiesen, dass in den 2, 3 und 3a gleiche
Einrichtungen und Signale mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind.
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Die
Schaltung 750 empfängt
das erste Vergleichsergebnissignal 624a und das zweite
Vergleichsergebnissignal 624b. Überdies empfängt die Schaltung 750 das
Taktsignal 640. Die Schaltung 750 ist angepasst,
um das Vorwärtszählsignal 642 und das
Rückwärtszählsignal 644 zu
liefern. Die Schaltung 750 weist ein NOR-Gatter 760 auf.
Das NOR-Gatter 760 empfängt
an seinem ersten Eingang das erste Vergleichsergebnissignal 624a und
an seinem zweiten Eingang das zweite Vergleichsergebnissignal 624b.
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Überdies
weist die Schaltung 750 ein erstes ODER-Gatter 770 auf,
das an einem ersten Eingang das zweite Vergleichsergebnissignal 624b und
an einem zweiten Eingang ein Ausgangssignal des NOR-Gatters 760 empfängt. Ein
zweites ODER-Gatter 772 empfängt an seinem
ersten Eingang das erste Vergleichsergebnissignal 624a und
an seinem zweiten Eingang das Ausgangssignal des NOR-Gatters 760.
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Die
Schaltung 750 weist ferner ein erstes JK-Flipflop 780 und
ein zweites JK-Flipflop 782 auf. Ein J-Eingang des ersten
JK-Flipflops 780 empfängt das
erste Vergleichsergebnissignal 624a. Ein K-Eingang des
ersten JK-Flipflops 780 empfängt ein Ausgangssignal des
ersten ODER-Gatters 770. Ein J-Eingang des zweiten JK-Flipflops 782 empfängt das
zweite Vergleichsergebnissignal 624b. Ein K-Eingang des
JK-Flipflops 782 empfängt ein
Ausgangssignal des zweiten ODER-Gatters 772. Überdies
empfangen die Takteingänge
des ersten JK-Flipflops 780 und des zweiten JK-Flipflops 782 beide
das Taktsignal 640. Es sei darauf hingewiesen, dass das erste
JK-Flipflop 780 das Vorwärtszählsignal 642 an seinem
nichtinvertierenden Ausgang Q liefert. Das zweite JK-Flipflop 782 liefert
das Rückwärtszählsignal 644 an
seinem nicht invertierenden Ausgang Q.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Schaltung 600 der 2 unter
Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 zeigt
eine schematische Darstellung einer Zeitentwicklung eines Eingangssignals,
eines digitalen Ausgangssignals und einer Fensterbreite. Die graphische
Darstellung der 4 ist in ihrer Gesamtheit mit 800 bezeichnet.
Eine Abszisse 810 stellt eine Zeit und eine Ordinate 812 stellt einen
Pegel des Eingangssignals, einen Wert des digitalen Ausgangssignals
und einen Pegel des Pegelfensters des Fensterkomparators 620 dar.
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Die
Zeitentwicklung des Eingangssignals (z. B. des Eingangssignals 612),
des gefilterten Eingangssignals 614, des verstärkten und
gefilterten Eingangssignals 618 oder des analogen Eingangssignals 512)
ist durch eine erste Kurve 820 (stetige Kurve) dargestellt. Überdies
ist eine Zeitentwicklung eines digitalen Ausgangssignals, z. B.
des Zählwerts 672 oder
der digitalen Information 532, durch eine zweite Kurve 830 (fettgedruckte
schwarze Stufenkurve) dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass
das digitale Ausgangssignal sich in vorbestimmten Stufen ändert, wobei
eine Stufengröße mit S
bezeichnet ist. Überdies
zeigt eine dritte Kurve 840 (feingedruckte Kurve) eine
Zeitentwicklung einer oberen Begrenzung des Pegelfensters, und eine
vierte Kurve 850 (feingedruckte Kurve) zeigt eine Zeitentwicklung
einer unteren Begrenzung des Pegelfensters.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in der graphischen Darstellung 800 der 4 eine
Zeitentwicklung des digitalen Ausgangssignals 830, eine Zeitenwicklung
der oberen Begrenzung 840 des Pegelfensters und eine Zeitentwicklung 850 der
unteren Begrenzung des Pegelfensters gezeigt sind. Jedoch ist dies
in der Tat eine vereinfachte Darstellung. Wie aus der Schaltung 600 der 2 ersichtlich
ist, kann der Pegel des Pegelfensterpositionssignals 620 ein sich
kontinuierlich ändernder
analoger Wert sein, der keinerlei Stufen aufweist. Überdies
kann, wie aus der Schaltung 600 der 2 ersichtlich
ist, der Kondensator 666c explizit eine begrenzte Steilheit
des Pegelfensterpositionssignals 622 liefern. Überdies
kann sich, wie im Vorhergehenden beschrieben, ein Pegel des Pegelsignals 622 während einer
Periode des Taktsignals 640 z. B. gleichmäßig verändern (d.
h. sich entweder erhöhen,
sich verringern oder unverändert
bleiben).
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Jedoch
können
die Steuerlogik 630 und/oder der Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 derart angepasst
sein, dass ein Pegel des Pegelfensterpositionssignals 622 sich
nur für
einen Teil einer Periode des Taktsignals 640 ändert und
für den
Rest der Periode des Taktsignals 640 konstant bleibt. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Pegel des Pegelfensterpositionssignals 622 wenigstens
näherungsweise
dem digitalen Ausgangssignal entspricht.
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Aus 4 ist
ersichtlich, dass eine Beziehung zwischen dem Pegelfenster und einem
Ist-Wert des Eingangssignals am Beginn einer Taktperiode des Taktsignals
ausgewertet wird. Eine zeitliche Position eines ersten Beginns der
Taktperiode ist mit t1 bezeichnet. Eine
zeitliche Position eines Beginns einer zweiten Taktperiode ist mit
t2 bezeichnet, und eine zeitliche Position
eines Beginns einer dritten Taktperiode ist mit t3 bezeichnet.
Eine untere Begrenzung des Pegelfensters zu einem Zeitpunkt t1 ist mit l1 bezeichnet,
und eine obere Begrenzung des Pegelfensters zu einem Zeitpunkt t1 ist mit u1 bezeichnet. Aus 4 ist
ersichtlich, dass sich zu einem Zeitpunkt t1 das
Eingangssignal (dargestellt durch Kurve 820) unterhalb
der unteren Begrenzung l1 des Pegelfensters
befindet. Folglich zeigt die Vergleichsinformation oder das Vergleichsergebnis 514, 624 den Status
an. Somit wird zu dem Zeitpunkt t1 die digitale Information 532 oder
der Zählwert 672 (dargestellt durch
die zweite Kurve 830) verringert (z. B. um einen Schritt).
Parallel wird auch das Pegelfenster verringert. Die Verringerung
des Pegelfensters kann sich beispielsweise zu dem Zeitpunkt t1, oder zwischen dem Zeitpunkt t1 und
dem Zeit- Punkt t2, ereignen. In der graphischen Darstellung
der 4 ist eine Änderung
der Position des Pegelfensters zu dem Zeitpunkt t1 gezeigt.
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Eine
zweite Auswertung der Vergleichsinformation oder des Vergleichsergebnisses
ereignet sich zu dem Zeitpunkt t2. Eine
obere Begrenzung u2 des Pegelfensters zu
einem Zeitpunkt t2 kann, muss jedoch nicht,
mit einer unteren Begrenzung l1 des Pegelfensters
zu dem Zeitpunkt t1 identisch sein. Überdies
ist die untere Begrenzung des Pegelfensters bei der Position t2 mit l2 bezeichnet.
Wie ersichtlich ist, liegt zu dem Zeitpunkt t2 ein
Pegel des Eingangssignals (dargestellt durch Kurve 820)
zwischen der oberen Begrenzung u2 des Pegelfensters
zu dem Zeitpunkt t2 und der unteren Begrenzung
l2 des Pegelfensters zu dem Zeitpunkt t2. Diese Situation (oder Beziehung) ist durch
ein entsprechendes Vergleichsergebnis 514 oder eine entsprechende
Vergleichsinformation 624 dargestellt. Folglich wird das
Pegelfenster zwischen der Zeit t2 und der
Zeit t3 (wobei die Zeit t2 und
die Zeit t3 beispielsweise durch aufeinanderfolgende
Flanken des Taktsignals 640 definiert sein können) unverändert gelassen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es eigentlich nicht erforderlich
ist, dass das Pegelfenster zwischen einer Zeit t2 und
einer Zeit t3 völlig unverändert gelassen wird.
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Vielmehr
ist es bei einem Ausführungsbeispiel
ausreichend, wenn die Bedingung gilt, dass das Pegelfenster um einen
kleineren Betrag geändert wird,
wenn die Vergleichsinformation anzeigt, dass das Eingangssignal
innerhalb des Pegelfensters liegt, als wenn das Vergleichsergebnis
anzeigt, dass der Pegel des Eingangssignals außerhalb des Pegelfensters liegt.
Mit anderen Worte, es kann eine geringfügige Änderung des Pegels des Pegelfensters zwischen
den Zeitpunkten t2 und t3 (d.
h. folgend auf die Zeit t2) stattfinden,
wenn ein Pegel des Eingangssignals innerhalb des Pegelfensters liegt.
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Jedoch
ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die absolute Größe der Änderung
des Pegels des Pegelfensters zwischen den Zeitpunkten t2 und
t3 vorzugsweise kleiner als ein absoluter
Betrag der Änderung
des Pegelfensters zwischen den Zeitpunkten t1 und
t2 (d. h. nach einer Zeit, wenn der Pegel
des Eingangssignals außerhalb
des Pegelfensters liegt).
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Erklärungshalber
sei darauf hingewiesen, dass zu einem Zeitpunkt t4 ein
Pegel des Eingangssignals oberhalb einer oberen Begrenzung u4 des Pegelfensters zu einem Zeitpunkt t4 liegt. Somit wird die obere Begrenzung
des Pegelfensters zu dem Zeitpunkt t4, oder
zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 (d. h. während einer Periode des Taktsignals 640 folgend
auf die Zeit t4) auf den Wert u5 erhöht.
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Es
sei auch darauf hingewiesen, dass während eines Zeitintervalls
zwischen t4 und t6 der
Pegel des Eingangssignals innerhalb eines konstanten, zeitinvarianten
Pegelfensters liegt, während
sich der Augenblickspegel des Eingangssignals geringfügig verändert. Jedoch
bleibt das digitale Ausgangssignal zwischen der Zeit t4 und
der Zeit t6 unverändert, da der Pegel des Eingangssignals
niemals (wenigstens nicht während
Flanken des Taktsignals) die obere Begrenzung 840 des Pegelfensters überschreitet und
niemals unter die untere Begrenzung des Pegelfensters fällt. Folglich
sind beide Begrenzungen des Pegelfensters zwischen den Zeitpunkten
t4 und t6 konstant
(wenigstens zwischen den Zeitpunkten t5 und
t6, falls angenommen wird, dass sich die
Position des Pegelfensters zwischen den Zeitpunkten t4 und
t5 ändert).
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Somit
findet keine Änderung
des digitalen Ausgangssignals zwischen den Zeitpunkten t4 und t6 statt. Dies
stellt einen großen
Vorteil der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen
Analog-Digital-Wandlern, die Komparatoren einsetzen, dar, da eine Änderung
des digitalen Ausgangssignals in der Regel einen großen Betrag
an Energie erfordert.
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Manche
Schaltungstypen (z. B. CMOS-Schaltungen) weisen eine sehr niedrige
Leistungsaufnahme auf, wenn ein vorhergehender Zustand aufrecht
erhalten wird. Somit hat die vorliegende Erfindung eine besonders
niedrige Leistungsaufnahme des Ausgangs 530 oder des Zählers 670 zur Folge. Überdies
ist ersichtlich, dass das Pegelfenster zwischen den Zeitpunkten
t4 und t6 (oder
wenigstens zwischen den Zeitpunkten t5 und
t6) konstant ist. Eine Änderung des Pegelfensters erfordert
in der Regel Energie (z. B. zum Laden oder Entladen des Kondensators 660c).
Das Pegelfenster unverändert
zu belassen ist in der Regel ein besonders energieeffizienter Betriebszustand.
Folglich ist gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung der erfindungsgemäße Analog-Digital-Wandler besonders energieeffizient,
wenn das Eingangssignal nur geringfügige Änderungen (vergleiche die Zeitperiode zwischen
den Zeitpunkten t4 und t6)
aufweist.
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Bezüglich der
Gesamtfunktionalität
des Analog-Digital-Wandlers
sei darauf hingewiesen, dass sowohl das digitale Ausgangssignal
als auch das Pegelfenster dem Eingangssignal folgen, wie aus 4 ersichtlich
ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das digitale Ausgangssignal
bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
dem analogen Eingangssignal in diskreten Zeitinstanzen (z. B. wenn Flanken
des Taktsignals 640 auftreten) folgt. Ebenso sei darauf
hingewiesen, dass das digitale Ausgangssignal eine quantisierte
Darstellung des analogen Eingangssignals ist und daher den Wert
des analogen Eingangssignals nicht ideal darstellt. Überdies
ist die Rate (oder Steilheit), mit der das digitale Ausgangssignal
dem Eingangssignal folgt, begrenzt, wie z. B. zwischen den Zeitpunkten
t3 und t4 ersichtlich
ist.
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Überdies
sei darauf hingewiesen, dass die Begrenzungen des Pegelfensters
dem Pegel des Eingangssignals folgen, wenn auch nicht in einer idealen
Weise. Vielmehr wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Änderung
der Begrenzungen des Pegelfensters bei diskreten Zeitinstanzen (und
zwar wenn eine Flanke des Taktsignals 640 auftritt) ausgelöst. Außerdem ist
die Zeitgebung, gemäß der die
Begrenzungen des Pegelfensters dem Pegel des Eingangssignals folgen,
durch den Pegelfensterpositionssignalgenerator 660 bestimmt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass es eine übergreifende Tendenz des digitalen
Ausgangssignals und der Begrenzungen des Pegelfensters gibt, dem
Eingangssignal zu folgen, jedoch nicht in einer idealen Weise, wie
es im Vorhergehenden dargestellt ist.
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Die
bezüglich
der 1 und 2 beschriebenen Schaltungen
fungieren als ein Analog-Digital-Wandler. Folglich werden die Nachteile
einer herkömmlichen
Schaltung (und zwar ihre Unempfindlichkeit gegenüber kleinen Modulationsamplituden oder
ihre Empfindlichkeit gegenüber Überschwingungen) überwunden.
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Jedoch
wird es bei Verwendung der Analog-Digital-Wandler 500, 600 gemäß 1 und 2 bevorzugt,
eine auf einem modernen Digitalsignalverarbeitungsalgorithmus basierende
getrennte Digitalerfassungsschaltung anzuwenden.
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Durch
eine Verwendung des Analog-Digital-Wandlers 500 oder 600 (möglicherweise
in Kombination mit der auf einem modernen Digitalsignalverarbeitungsalgorithmus
basierenden Digitalerfassungsschaltung) können die folgenden Vorteile
erhalten werden:
- a) eine Trennung einer Demodulation
und einer Erfassung erlaubt die Verwendung eines Digitalsignalverarbeitungsalgorithmus,
was die Anwendung eines hoch entwickelten Digitalerfassungsalgorithmus
(z. B. eines Viterbi-Algorithmus) ermöglicht.
- b) Der Fensterkomparator kann zur Überschwingunterdrückung verwendet
werden.
- c) Der Fensterkomparator reduziert die Anzahl von Schaltoperationen
und reduziert folglich die Stromaufnahme.
- d) Die Schaltungen 500, 600 gemäß 1 und 2 können durch
Verwendung eines kostengünstigen
CMOS-Prozesses leicht realisiert werden.
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Somit
kann allgemein festgehalten werden, dass es der Kerngedanke der
vorliegenden Erfindung ist, eine Einführung eines Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandlers
herzustellen.
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Überdies
sei darauf hingewiesen, dass die im Vorhergehenden beschriebene
Demodulationsschaltung (die, z. B., den Analog-Digital-Wandler 500 gemäß 1 oder
den Analog-Digital-Wandler 600 gemäß 2 und,
optional, eine zusätzliche
Digitalsignalverarbeitungseinrichtung aufweist) einen herkömmlichen
10%-Demodulator, der empfindlich auf Überschwingungen und Unterschwingungen
reagiert, vollständig
ersetzen könnte.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Analog-Digital-Wandler 500, 600,
Probleme, die durch die Verwendung lediglich einer analogen Schaltung
zur Demodulation und Erfassung entstehen, überwunden werden können.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass ein Hauptproblem der Verwendung lediglich
einer analogen Schaltung zur Demodulation und Erfassung die Tatsache
ist, dass Signalredundanz häufig
zugunsten eines hoch entwickelten Erfassungsalgorithmus verloren
geht. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Analog-Digital-Wandler 500, 600 nur
zur Demodulation, und das Durchführen
der Erfassung unter Verwendung eines modernen Digitalverarbeitungsalgorithmus
(z. B. des Viterbi-Algorithmus)
können
erhebliche Verbesserungen im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen erzielt
werden.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Umwandeln eines analogen
Eingangssignals in eine digitale Information. Das Verfahren ist
in seiner Gesamtheit mit 1100 bezeichnet.
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Das
Verfahren 1100 weist einen Schritt 1110 des Vergleichens
eines analogen Eingangssignals mit einer oberen Begrenzung eines
Pegelfensters und einer unteren Begrenzung eines Pegelfensters, um
ein Vergleichsergebnis herzustellen, auf. Das Verfahren 1100 weist
auch einen Schritt 1120 des Einstellens einer Position
des Pegelfensters basierend auf dem Vergleichsergebnis auf. Überdies
weist das Verfahren 1100 einen Schritt 1130 des
Ausgebens der digitalen Information basierend auf dem Vergleichsergebnis
auf.
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Überdies
kann das Verfahren 1100 optional durch beliebige durch
die im Vorhergehenden beschriebene Vorrichtung durchgeführte Schritte
ergänzt
werden.
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Um
das im Vorhergehenden Beschriebene zusammenzufassen, erschafft die
vorliegende Erfindung einen Analog-Digital-Wandler, der eine besonders niedrige
Leistungsaufnahme aufweist und gleichzeitig eine einfache Implementierung
ermöglicht.