DE102010060183A1

DE102010060183A1 - Datenumsetzer mit einem passiven Filter

Info

Publication number: DE102010060183A1
Application number: DE102010060183A
Authority: DE
Inventors: Lajos 40239 Gazsi; Stephan 80331 Henzler; Matthias 81825 Schöbinger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-06-22
Also published as: US20110109489A1; US20110279296A1; US8018366B2; US8830104B2

Abstract

Es werden beispielhafte Implementierungen von elektrischen Schaltungen und Systemen und Verfahren zur Signalverarbeitung offenbart, darunter Abtasten und Quantisieren von amplituden- und bandbegrenzten Signalen, die durch einen Passiv-Pulsmodulations-Analog-Digital-Umsetzer (PMADC) implementiert werden. Die Umsetzerschaltung umfasst einen analogen Modulator. Der analoge Modulator (202) umfasst ein passives zeitkontinuierliches Filter (220) mit einem ersten passiven Teilfilter (334), das dafür ausgelegt ist, ein Analogsignal zu empfangen, einem zweiten passiven Teilfilter (336), das dafür ausgelegt ist, ein Rückkopplungssignal zu empfangen, und einem Summierungsknoten (338), der dafür ausgelegt ist, ein Ausgangssignal des ersten Teilfilters (334) mit einem Ausgangssignals des zweiten Teilfilters (336) zu kombinieren, um ein Ausgangssignal des Summierungsknotens (338) bereitzustellen. Der analoge Modulator (202) umfasst ferner einen Komparator (222), der dafür ausgelegt ist, das Ausgangssignal des Summierungsknotens (338) zu empfangen und eine Timing-Eigenschaft (Zeitverhalten- oder Takteigenschaften) eines Ausgangssignals des Komparators (222) auf der Basis einer Stärke des durch das erste Teilfilter (334) empfangenen Analogsignals zu variieren.

Description

Stand der Technik
Es ist oft ein Ziel von Elektronikentwicklern, Schaltungen zu entwickeln, die eine niedrige Versorgungsspannung benutzen und/oder ein Minimum von Strom verbrauchen. Dies kann insbesondere für Analog-Digital-Umsetzer (ADC) der Fall sein.
Verschiedene bekannte Techniken können den bei vielen ADC-Einrichtungen auftretenden hohen Stromverbrauch verringern. Zu solchen Techniken gehört ein Pulsmodulations-ADC, der irreguläre Abtastung verwendet, wie in der US-Patentanmeldung US 2009/0091486 A1 für Wiesbauer et al. offenbart, auf die hiermit ausdrücklich und vollständig Bezug genommen wird.
Ein moderner Pulsmodulations-ADC setzt ein zeitkontinuierliches Analogsignal in ein zeitdiskretes Digitalsignal um. Der Pulsmodulations-ADC besteht hauptsächlich aus einem Modulator und einer Messeinrichtung (Mess-Engine) und umfasst im Allgemeinen einen Demodulator oder einen anderen digitalen Signalprozessor. Die Sigma-Delta-Konfiguration des Modulators des modernen Pulsmodulations-ADC ist durch den Einschluss aktiver Elemente gekennzeichnet. Genauer gesagt umfasst der Modulator des Pulsmodulations-ADC im Allgemeinen einen Operationsverstärker oder Transkonduktanz-Operationsverstärker, der als ein Integrierer wirkt.
Mit zunehmender Betriebsfrequenz wird das Verhalten des aktiven Integrierers weniger ideal, und somit geht der Vorteil (das lineare Ansprechverhalten) der Verwendung eines aktiven Elements, wie zum Beispiel eines Operationsverstärkers, in einer Summierungsfunktion im Allgemeinen verloren, und die Nachteile der Verwendung des aktiven Elements (Zunahme von Größe und Stromverbrauch, um akzeptable Leistungseigenschaften aufrechtzuerhalten) werden offensichtlicher. Der Pulsmodulations-ADC kann zusätzlich zu der Erfordernis einer größeren Schaltungsfläche deshalb weiterhin eine Versorgungsspannung erfordern, die höher als erwünscht ist, und relativ mehr Strom verbrauchen. Jede Zunahme des Verbrauchs von Strom und Schaltungsfläche ist gewöhnlich nicht erwünscht, insbesondere bei mit 100-nm-Technologie oder weniger durchgeführten Implementierungen.
Angesichts des Obigen wird ein Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1 bereitgestellt. Ferner wird ein Verfahren nach Anspruch 10 bereitgestellt. Darüber hinaus wird ein System nach Anspruch 17 bereitgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die ausführliche Beschreibung wird mit Bezug auf die beigefügten Figuren dargelegt. In den Figuren identifiziert die erste Stelle(n) einer Bezugzahl die Figur, in der die Bezugszahl zuerst erscheint. Die Verwendung derselben Bezugszahlen in verschiedenen Figuren zeigt ähnliche oder identische Artikel an.
1 ist eine beispielhafte Umgebung, in der Techniken gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können.
2 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines Passiv-Pulsmodulations-Analog-Digital-Umsetzers (PPMADC).
3 zeigt einen beispielhaften PPMADC.
4 zeigt eine Differenz-Implementierung eines beispielhaften PPMADC.
5 zeigt ein Schaltbild der Modulatorstufe des in 4 gezeigten PPMADC.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Implementierung von Analog-Digital-Umsetzung unter Verwendung einer beispielhaften PPMADC-Schaltung.
7 zeigt eine elektronische Einrichtung, die einen passiv-pulsmodulierten Analog-Digital-Umsetzer implementiert, der irreguläre Abtastung verwendet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden beispielhafte Implementierungen von passiven elektrischen Schaltungen und Systemen offenbart, die einen hochauflösenden hochbandbreitigen Streaming-ADC beschreiben, der auf Zeitbereichsauflösung basiert. Im Folgenden werden Implementierungen unter Verwendung mehrerer Beispiele ausführlicher erläutert. Obwohl hier und nachfolgend verschiedene Implementierungen und Beispiele besprochen werden, können durch Kombinieren der Merkmale und Elemente einzelner weitere Implementierungen und Beispiele möglich sein.
Beispielhafte Systeme
1 zeigt eine beispielhafte Umgebung 100, in der Techniken gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können. Bei dieser Implementierung umfasst die Umgebung 100 eine Kommunikationseinrichtung 110 oder anderweitige mobile und/oder elektronische Einrichtung, die eine oder mehrere Analog-Digital-Umsetzerschaltungen 150 aufweist, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konfiguriert sind. Die Kommunikationseinrichtung 110 kommuniziert wirksam über eines oder mehrere Netzwerke 140, wie zum Beispiel ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN), mit mehreren anderen Einrichtungen 142. Als Alternative kann die Kommunikationseinrichtung 110 die Netzwerke 140 umgehen und direkt mit einer oder mehreren der anderen Einrichtungen 142 kommunizieren. Ausführliche Beschreibungen verschiedener Aspekte von Analog-Digital-Umsetzerschaltungen, Verfahren und Techniken werden in den folgenden Abschnitten mit Bezug auf 2 bis 7 gegeben.
In der repräsentativen Umgebung 100 ist die Kommunikationseinrichtung 110 eine in der Hand gehaltene Einrichtung, wie zum Beispiel ein MP3-Player (Moving Picture Exerts Group Layer-3), ein Personal Data Assistant (PDA), eine Einheit des globalen Positionsbestimmungssystems (GPS), ein Mobiltelefon, ein Smartphone oder eine andere ähnliche in der Hand gehaltene Einrichtung, und die anderen Einrichtungen 142 können zum Beispiel Folgendes umfassen: einen Computer 142A, eine andere in der Hand gehaltene Einrichtung 142B, einen Player 142C für Compact Discs (CD) oder Digital Video Discs (DVD), einen Signalprozessor 142D (z. B. Funkgerät, Navigationseinheit, Fernseher usw.) und ein Mobiltelefon 142E. Bei alternativen Implementierungen können die Einrichtungen 110, 142 natürlich beliebige andere geeignete Einrichtungen umfassen, und es versteht sich, dass beliebige der mehreren Einrichtungen 142 mit Analog-Digital-Umsetzerschaltungen 150 ausgestattet sein können, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung arbeiten.
Wie weiter in 1 gezeigt, umfasst die Kommunikationseinrichtung 110 einen oder mehrere Prozessoren 112 und eine oder mehrere Kommunikationskomponenten 114, wie zum Beispiel Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Einrichtungen (z. B. Sender/Empfänger, Sender, Empfänger usw.), die durch einen Bus 116 mit einem Systemspeicher 120 gekoppelt sind. Bei der in 1 gezeigten Implementierung ist die Analog-Digital-Umsetzerschaltung 150 als eine Komponente in der Kommunikationskomponente 114 der Kommunikationseinrichtung 110 enthalten. Bei alternativen Implementierungen kann die Analog-Digital-Umsetzerschaltung 150 jedoch mit einem beliebigen anderen geeigneten Teil der Einrichtung 110 integriert sein oder kann eine separate individuelle Komponente der Einrichtung 110 sein.
Der Systembus 116 der Kommunikationseinrichtung 110 repräsentiert beliebige der mehreren Arten von Busstrukturen, darunter ein Speicherbus oder Speichercontroller, ein Peripheriebus, ein beschleunigter Grafikport und ein Prozessor- oder lokaler Bus, der beliebige einer Vielfalt von Busarchitekturen verwendet. Die Kommunikationskomponente 114 kann dafür ausgelegt sein, wirksam mit einem oder mehreren externen Netzwerken 140 zu kommunizieren wie zum Beispiel einem zellularen Telefonnetz, einem Satellitennetzwerk, einem Informationsnetzwerk (z. B. Internet, Intranet, Zellularnetz, Kabelnetzwerk, faseroptisches Netzwerk, LAN, WAN usw.), einem infraroten oder Funkwellen-Kommunikationsnetz oder einem beliebigen anderen geeigneten Netzwerk.
Der Systemspeicher 120 kann computerlesbare Medien umfassen, die dafür ausgelegt sind, Daten und/oder Programmmodule zum Implementieren der hier offenbarten Techniken zu speichern, die dem Prozessor 112 unmittelbar zugänglich sind und/oder gerade von diesem verarbeitet werden. Zum Beispiel kann der Systemspeicher 120 auch ein BIOS (Basic Input/Output System) 122, ein Betriebssystem 124, ein oder mehrere Anwendungsprogramme 126 und Programmdaten 128 speichern, auf die der Prozessor 112 zugreifen kann, um verschiedene von einem Benutzer der Kommunikationseinrichtung 110 gewünschte Aufgaben auszuführen.
Darüber hinaus können die in dem Systemspeicher 120 enthaltenen computerlesbaren Medien beliebige verfügbare Medien sein, auf die die Einrichtung 110 zugreifen kann, darunter Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige Medien, wechselbare und nichtwechselbare Medien, die in einem beliebigen Verfahren oder in einer beliebigen Technologie zur Speicherung von Informationen, wie zum Beispiel computerlesbaren Anwendungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten, implementiert sind, umfassen. Computerspeichermedien umfassen, aber ohne Beschränkung darauf, Direktzugriffspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM), Flash-Speicher oder andere Speichertechnologie, Compact-Disc-ROM (CD-ROM), Digital Versatile Discs (DVD) oder andere optische Disc-Speicherung, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicher oder andere Magnetspeichereinrichtungen oder ein beliebiges anderes Medium, darunter Papier, Lochkarten und dergleichen, die verwendet werden können, um die gewünschten Informationen zu speichern, und auf die die Kommunikationseinrichtung 110 zugreifen kann.
Ähnlich verkörpern Kommunikationsmedien in der Regel computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal, wie zum Beispiel einer Trägerwelle oder einem anderen Transportmechanismus, und umfassen beliebige Informationsablieferungsmedien. Der Ausdruck „moduliertes Datensignal” bedeutet ein Signal, von dem eine oder mehrere seiner Kenngrößen dergestalt eingestellt oder geändert werden, dass Informationen in dem Signal codiert werden. Beispielsweise und ohne Beschränkung umfassen Kommunikationsmedien verdrahtete Medien, wie zum Beispiel ein verdrahtetes Netzwerk oder direkt verdrahtete Verbindungen, und drahtlose Medien, wie zum Beispiel akustische, HF-, Infrarot- und andere drahtlose Medien. Es sollten auch Kombinationen beliebiger der Obigen in den Umfang von computerlesbaren Medien aufgenommen werden.
Im Allgemeinen können auf der Einrichtung 110 (1) ausgeführte Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw. zum Ausführen von bestimmten Aufgaben oder zum Implementieren bestimmter abstrakter Datentypen umfassen. Diese Programmmodule und dergleichen können als ein nativer Code ausgeführt oder heruntergeladen und zum Beispiel in einer virtuellen Maschine oder in anderen Just-In-Time-Kompilierungsausführungsumgebungen ausgeführt werden. In der Regel kann die Funktionalität der Programmmodule je nach Wunsch in verschiedenen Implementierungen kombiniert oder verteilt werden.
Obwohl die beispielhafte Umgebung 100 wie in 1 als ein Kommunikationsnetz gezeigt ist, soll diese Implementierung lediglich als nichteinschränkendes Beispiel für eine geeignete Umgebung zur Verwendung der Analog-Digital-Umsetzerschaltung 150 gemäß der vorliegenden Offenbarung dienen. Ähnlich ist die Einrichtung 110 lediglich ein nichteinschränkendes Beispiel für eine geeignete Einrichtung, die Analog-Digital-Umsetzerschaltungen 150 gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten kann.
Beispielhafte Passiv-PMADC-Implementierungen
2 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines passiv-pulsmodulierten Analog-Digital-Umsetzers (PPMADC) 200. Es versteht sich, dass der PPMADC 200 als ein anderes System, wie zum Beispiel eine TV-Tunerkarte, Mobilkommunikationssysteme, Bluetooth-Übertragungssysteme, VDSL-Systeme (Very High Speed Digital Subscriber Line) und dergleichen implementiert oder Teil davon sein kann. Aufgrund seiner niedrigeren Stromverbrauchs- und Flächenanforderung aufgrund der Verwendung von hauptsächlich passiven Elementen (es ist kein aktiver Integrierer in der Schaltung enthalten) kann ein PPMADC 200 in Technologie mit 100 nm oder weniger, die mit hohen Frequenzen (z. B. hunderten von Megahertz) arbeitet, erfolgreich implementiert werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform besteht der PPMADC 200 aus einer ersten Stufe mit einem Analogmodulator 202 und einer zweiten Stufe mit einer Messeinrichtung (Mess-Engine) 204.
Der Modulator
Der Modulator 202 setzt ein eingegebenes Analogsignal unter Verwendung von zeitdiskreter irregulärer Abtastung des Eingangssignals in ein entsprechendes pulsmoduliertes Digitalsignal um. Der Modulator 202 kann den Betrag bzw. Stärke (z. B. Amplitudeninformationen) des eingegebenen Analogsignals in Zeitinformationen im Zeitbereich umsetzen. Dies wird gewöhnlich als Pulsmodulation (PM) oder Tastverhältnismodulation bezeichnet. Die Amplitude des Eingangssignals kann durch den Modulator 202 in zeitcodierte Informationen in der Momentanfrequenz und/oder dem Tastverhältnis eines Rechtecksignals umgesetzt werden. Wenn zum Beispiel niedrige Amplituden des eingegebenen Analogsignals gegeben sind, kann das Tastverhältnis des ausgegebenen Rechtecksignals niedrig sein, und wenn hohe Amplituden des eingegebenen Analogsignals gegeben sind, kann das Tastverhältnis des ausgegebenen Rechtecksignals hoch sein.
Bei einer Ausführungsform erzeugt der Modulator 202 ein asynchrones Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis, das linear von dem eingegebenen Analogsignal abhängt. Zusätzlich kann der Modulator 202 eine Momentanfrequenz erzeugen, die nichtlinear von dem eingegebenen Analogsignal abhängt. Der Modulator 202 kann bei einer beispielhaften asynchronen Ausführungsform ohne jeglichen Takt implementiert werden und kann mit niedrigen Strömen und Versorgungsspannungen betrieben werden. Ferner kann als ein Vorteil des asynchronen Betriebs das Ausgangssignal des Modulators 202 durch Quantisierung eingeführte Fehler vermeiden. Das Ausgangssignal des Modulators 202 ist somit eine bessere Darstellung des eingegebenen Analogsignals.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Modulator 202 ein passives zeitkontinuierliches Filter 220 und einen Komparator 222. Das passive zeitkontinuierliche Filter 220 kann im Allgemeinen zwei Eingänge aufweisen, einen ersten Eingang 224, der ein Analogsignal empfängt, das ein Eingangssignal der PPMADC-Schaltung 200 ist, und einen zweiten Eingang 226, der ein Rückkopplungssignal empfängt. Das passive zeitkontinuierliche Filter 220 filtert das eingegebene Analogsignal und das Rückkopplungssignal und kombiniert außerdem die an dem ersten und zweiten Eingang empfangenen Signale. Das kombinierte Signal, das die an dem ersten Eingang 224 empfangene analoge Eingabe und das an dem zweiten Eingang 226 empfangene Rückkopplungssignal umfasst, ist das Ausgangssignal des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 und das Eingangssignal des Komparators 222. Bei einer Ausführungsform befinden sich keine anderen Elemente in dem Signalpfad zwischen dem Ausgang 228 des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 und dem Eingang 230 des Komparators 222. Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein zusätzliches passives Filter 232 zu dem Signalpfad zwischen dem Ausgang 228 des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 und dem Eingang 230 des Komparators 222 hinzugefügt, wodurch eine zusätzliche Filterung des Ausgangssignals des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 bereitgestellt wird.
Es ist vorteilhaft, über einen rein passiven Signalpfad von dem Eingang des passiven Filters 220 zu dem Eingang des Komparators 222 zu verfingen. Zu den Vorteilen gehören geringerer Stromverbrauch der Schaltung, weniger erforderliche physische Schaltungsfläche, die Möglichkeit, die Schaltung auf kleinere Implementierungen (z. B. Technologie mit 100 nm oder weniger) zu skalieren, höhere Geschwindigkeits- und Bandbreitenfähigkeiten (z. B. hunderte MHz), minimale Spannungsbereichs-Signalverarbeitung, hohe Auflösung, verbesserte Streaming-Fähigkeit und dergleichen. Bei beispielhaften Ausführungsform der PPMADC-Schaltung 200 ist kein aktives Element in dem Signalpfad zwischen den Eingängen 224 und 226 des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 und dem Eingang 230 des Komparators 222 vorhanden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Komparator 222 das einzige aktive Element der ersten Stufe des PPMADC 200. Zusätzlich ist der Komparator 222 gewöhnlich asynchron. Der Komparator 222 vergleicht das Ausgangssignal des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 mit mindestens einer Referenzspannung, um ein Ausgangssignal zu produzieren. Ein Komparator wie der Komparator 222 vergleicht im Allgemeinen zwei Eingangsspannungen oder -ströme und schaltet seinen Ausgang, um anzuzeigen, welche der zwei Eingaben größer ist. In diesem Beispiel kann eines der durch den Komparator 222 empfangenen Signale eine Referenzspannung sein. Bei einer Ausführungsform wird das aus dem passiven zeitkontinuierlichen Filter 220 empfangene kombinierte Signal durch den Komparator 222 mit einer Referenzspannung verglichen. Die Referenzspannung kann ein vordefinierter Wert sein.
Bei einer Ausführungsform kann das Ausgangssignal aus dem Komparator 222 von niedrig zu hoch wechseln, wenn das Ausgangssignal aus dem passiven zeitkontinuierlichen Filter 220 über die Referenzspannung ansteigt. In einem anderen Fall kann das Ausgangssignal aus dem Komparator 222 von hoch zu niedrig wechseln, wenn das Ausgangssignal aus dem passiven zeitkontinuierlichen Filter 220 unter die Referenzspannung abfällt oder unverändert bleibt. Das Ausgangssignal des Komparators 222 ist ein pulsmoduliertes Rechtecksignal. Das passive zeitkontinuierliche Filter 220 und der Komparator 222 setzen zusammen die Amplitudeninformationen des eingegebenen Analogsignals in Zeitinformationen in dem pulsmodulierten Rechtecksignal um. Bei einer Ausführungsform kann der Komparator 222 ein Mehr-Bit-Komparator sein, was aufgrund von mehreren Pegeln (statt nur eines Hoch/Niedrig-Vergleichs) zu mehreren pulsmodulierten Ausgangssignalen führt. Bei der Ausführungsform werden die mehreren pulsmodulierten Ausgangssignale jeweils individuell gemessen.
Timing-Eigenschaften (Zeitverhalten- oder Takteigenschaften) des Komparator-Ausgangssignals werden auf der Basis der Stärke bzw. des Betrags des an dem Eingang 224 des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 empfangenen Analogsignals variiert. Timing-Eigenschaften, die auf der Basis der Stärke bzw. des Betrags des Analogsignals variiert werden, umfassen die Momentanfrequenz des Komparator-Ausgangssignals, das Tastverhältnis des Komparator-Ausgangssignals oder eine Kombination sowohl der Momentanfrequenz als auch des Tastverhältnisses des Komparator-Ausgangssignals.
Bei einer Implementierung kann der Modulator 202 mit einer Rückkopplungsschleife erweitert werden. Die Rückkopplungsschleife routet das Komparator-Ausgangssignal durch einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 206 und dann zu dem zweiten Eingang 226 des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220. Der DAC 206 übersetzt das Komparator-Ausgangssignal in ein analoges Spannungs- oder Stromsignal, das an dem zweiten Eingang 226 des passiven zeitkontinuierlichen Filters 220 zu empfangen ist.
Die Messeinrichtung (Mess-Engine)
Bei einer Implementierung wird das Komparator-Ausgangssignal durch eine Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 quantisiert, die die Timing-Eigenschaften des zeitkontinuierlichen Signals am Ausgang des Komparators 222 bestimmt. Diese Timing-Eigenschaften beschreiben den Wert der analogen Eingangsspannung an nichtäquidistanten Zeitpunkten, d. h. irreguläre Abtastwerte. Während zum Beispiel das pulsmodulierte (PM-)Signal bezüglich Momentanfrequenz und Tastverhältnis variiert, treten die Messergebnisse zu nichtäquidistanten Zeitpunkten auf. Die Abtastwerte können quantisiert werden und das ursprüngliche Signal kann später durch einen digitalen Signalprozessor in digitaler Form rekonstruiert werden.
Die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 misst digital die Flanken des modulierten Signals (das das Rechteck-Komparatorausgangssignal ist) und erzeugt jedes Mal, wenn eine Datenübergangsflanke in dem Rechtecksignal detektiert wird, einen Abtastwert. Die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 liefert Messergebnisse des modulierten Signals in irregulären Intervallen. Anders ausgedrückt, misst oder tastet die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 zu nichtäquidistanten Zeitpunkten ab. Es wird kein Takteingang von der Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 benötigt, um die Abtastung auszuführen. Deshalb kann die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 eine hochpräzise Abtastung ohne Taktsignal bereitstellen, wodurch Schaltungsaktivität der Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 und der Stromverbrauch des PPMADC 200 verringert werden. Darüber hinaus wird das Messergebnis nicht durch Unzulänglichkeiten des Taktsignals, wie zum Beispiel Jitter, verfälscht.
Darüber hinaus kann die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 zur Quantisierung des Komparator-Ausgangssignals verwendet werden. Zum Beispiel kann die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 das Komparator-Ausgangssignal zu einem Signal mit diskreten ganzzahligen Werten oder Symbolen quantisieren. Es kann jede beliebige geeignete Anzahl von Binärbit verwendet werden, um das Komparator-Ausgangssignal zu quantisieren. Für größere Bitzahlen ist die Anzahl der Niveaus, auf die das abgetastete Signal quantisiert werden kann, größer. Deshalb ist das Quantisierungsrauschen niedriger. Die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 kann mit digitalen Komponenten, wie zum Beispiel Invertern und Latches, entworfen werden, die im Vergleich zu analogen Komponenten mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten und weniger Strom verbrauchen. Bei einer alternativen Implementierung kann die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 unter Verwendung einer Mischung von digitalen und analogen Komponenten entworfen werden.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 einen Zeit-Digital-Umsetzer (TDC) 210 und eine Steuerkomponente 212. Der TDC 210 extrahiert zeitcodierte Informationen aus dem Komparator-Ausgangssignal. Die Steuerkomponente 212 erzeugt Stopp- und Startereignisse aus dem Komparator-Ausgangssignal. Die erzeugten Start- und Stoppereignisse sind für den Betrieb des TDC 210, einschließlich des Steuerns des Startens und Stoppens des TDC 210, notwendig.
Bei einer Ausführungsform besteht die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 aus einem einzigen TDC 210, der sowohl die hohen als auch die niedrigen Teile des pulsbreitencodierten Komparator-Ausgangssignals misst. Bei einer alternativen Ausführungsform besteht die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 aus mehreren TDC 210. Zum Beispiel kann ein TDC 210 verwendet werden, um hohe Teile des pulsbreitencodierten Komparator-Ausgangssignals zu messen, und ein anderer TDC 210 kann verwendet werden, um die niedrigen Teile des pulsbreitencodierten Komparator-Ausgangssignals zu messen (da das pulsbreitencodierte Komparator-Ausgangssignal ein Rechtecksignal ist). Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden jegliche und alle TDC 210 in einem PPMADC 200 ausschließlich auf der Basis der aus dem Komparator-Ausgangssignal extrahierten zeitcodierten Informationen gesteuert.
3 zeigt eine Schaltung 300, die eine Ausführungsform eines beispielhaften PPMADC 200 mit einem Sample-Umsetzer von irregulär in regulär (IRSC) 342, der mit einem einzigen Ausgang des TDC 210 gekoppelt ist, umfasst. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Schaltung 300 mehrere Ausgänge des TDC 210 aufweisen. Zum Beispiel kann ein Ausgang des TDC 210 die Momentanfrequenz des codierten Komparator-Ausgangssignals repräsentieren, und ein anderer Ausgang des TDC 210 kann das Tastverhältnis des codierten Komparator-Ausgangssignals repräsentieren. Der PPMADC 200 besteht aus einem Modulator 202 und einer Messeinrichtung (Mess-Engine) 204. Der Modulator 202 besteht ferner aus einem passiven zeitkontinuierlichen Filter 220 und einem Komparator 222 und kann außerdem einen DAC 206 enthalten.
3 zeigt Einzelheiten eines beispielhaften passiven zeitkontinuierlichen Filters 220. Bei der dargestellten Ausführungsform führt das passive zeitkontinuierliche Filter 220 dem Komparator 222 ein Eingangssignal zu. Das passive zeitkontinuierliche Filter 220 umfasst ein erstes passives Teilfilter 334, ein zweites passives Teilfilter 336 und einen Summierungsknoten 338. Das erste passive Teilfilter 334 empfängt ein Analogsignal, das ein Eingangssignal der Schaltung 300 ist. Als ein Beispiel kann das eingegebene Analogsignal Sprachsignale oder Datensignale und/oder eine Kombination der beiden umfassen. Im Fall eines Sprachsignals kann die analoge Quelle des Signals ein Mikrofon sein. Wenn das Signal ein Datensignal ist, können die analogen Eingangssignale Audio- und/oder Video-Übertragungssignale oder dergleichen sein. Das zweite passive Teilfilter 336 empfängt ein Rückkopplungssignal. Das Rückkopplungssignal war ursprünglich das Ausgangssignal des Komparators 222, wird durch den DAC 206 übersetzt und in das zweite passive Teilfilter 336 geleitet.
Wie weiter in 3 dargestellt ist, bestehen das erste und zweite passive Teilfilter 334 und 336 aus passiven Elementen, darunter Widerstände und/oder Kondensatoren, und erfordern keine aktiven Einrichtungen. Das erste und zweite passive Teilfilter 334 und 336 können aus Widerstandselementen R334 bzw. R336 und kapazitiven Elementen C334 bzw. C336 zusammengesetzt sein. Die in 3 gezeigten Widerstandselemente R334 und R336 können aus mehreren passiven Widerständen und/oder passiven Widerstandselementen zusammengesetzt sein. Die in 3 dargestellten kapazitiven Elemente C334 und C336 können aus mehreren passiven Kondensatoren und/oder passiven kapazitiven Elementen zusammengesetzt sein. Eine beispielhafte Schaltung mit typischen Widerständen und Kondensatoren, die als die Widerstandselemente R334 und R336 bzw. die kapazitiven Elemente C334 und C336 verwendet werden, ist nachfolgend in 5 dargestellt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird das Ausgangssignal des ersten passiven Teilfilters 334 in dem Summierungsknoten 338 mit dem Ausgangssignal des zweiten passiven Teilfilters 336 kombiniert. Das Ausgangssignal des Summierungsknotens 338 ist das Eingangssignal des Komparators 222. Das heißt, dass das Eingangssignal des Komparators 222 eine Kombination des Analogsignals, das in die Schaltung 300 eingegeben wird, das durch das erste passive Teilfilter 334 gefiltert wird, und des Rückkopplungssignals, das an dem Eingang des zweiten passiven Teilfilters 336 empfangen wird, das durch das zweite passive Teilfilter 336 gefiltert wird, ist. Somit führt das passive zeitkontinuierliche Filter 220 dem Komparator 222 direkt ein Eingangssignal zu.
Wie oben erläutert, kann bei einer alternativen Ausführungsform ein drittes passives Teilfilter 232 mit dem Ausgang des Summierungsknotens 338 gekoppelt sein. Das dritte passive Teilfilter 232 kann das Ausgangssignal des Summierungsknotens 338 passiv filtern, bevor das Signal durch den Komparator 222 empfangen wird. Bei einer Ausführungsform ist das dritte passive Teilfilter 222 ein (nicht gezeigter) Kondensator, der mit dem Summierungsknoten 338 verbunden ist. Somit befinden sich bei allen beispielhaften Ausführungsformen nur passive Elemente in dem Signalpfad zwischen den Eingängen der passiven Teilfilter 334 und 336 und dem Eingang des Komparators 222.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform vergleicht der Komparator 222 das Ausgangssignal des Summierungsknotens 338 und mindestens eine Referenzspannung. Zusätzlich ist der Komparator 222 im Allgemeinen asynchron. Timing-Eigenschaften des Komparator-Ausgangssignals werden auf der Basis der Stärke bzw. des Betrags des an dem ersten passiven Teilfilter 334 empfangenen eingegebenen Analogsignals variiert. Zu Timing-Eigenschaften, die auf der Basis des der Stärke bzw. Betrags des Analogsignals variiert werden, gehören die Momentanfrequenz des Komparator-Ausgangssignals, das Tastverhältnis des Komparator-Ausgangssignals oder eine Kombination sowohl der Momentanfrequenz als auch des Tastverhältnisses des Komparator-Ausgangssignals.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der DAC 206 zwischen dem Komparator und dem zweiten passiven Teilfilter 336 in Reihe geschaltet. Der DAC 206 übersetzt das Ausgangssignal des Komparators 222 in ein Spannungs- oder Stromsignal, das dafür ausgelegt ist, durch das zweite passive Teilfilter 336 empfangen zu werden. Somit ist das Ausgangssignal des DAC 206 das durch das zweite passive Teilfilter 336 empfangene Rückkopplungssignal.
Demodulation
Bei einer beispielhaften Implementierung wird das Komparator-Ausgangssignal durch eine Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 digitalisiert, das Messwerte der Ausgabe des Komparators 222 zu nichtäquidistanten diskreten Zeitpunkten bereitstellt und irreguläre Abtastwerte erzeugt. Die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 ist mit dem Ausgang des Komparators gekoppelt und extrahiert Timing-Informationen aus dem Ausgangssignal des Komparators 222. Bei einer Implementierung extrahiert die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 alle Steuerereignisse zur Extraktion der Timing-Informationen ausschließlich aus dem Ausgangssignal des Komparators 222.
Nachdem die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 das modulierte Komparator-Ausgangssignal quantisiert hat, können die folgenden Operationen rein digital sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Nachverarbeitungsschaltung 340, die einen Sample-Umsetzer von irregulär in regulär (IRSC) 342 umfasst, mit dem Ausgang der Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 gekoppelt. Die Nachverarbeitungsschaltung 340 setzt nichtäquidistante Timing-Informationen aus dem Ausgangssignal des Komparators 222 in gleich beabstandete diskrete Werte um, die Abtastwerte des durch das erste passive Teilfilter 334 empfangenen Analogsignals repräsentieren. Die Ausgabe der Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 stellt Informationen bezüglich des ursprünglichen eingegebenen Analogsignals in den gemessenen Flankenpositionen und/oder der Pulsbreite des Rechtecksignals bereit. Das eingegebene Analogsignal kann in der digitalen Domäne durch den IRSC 342 rekonstruiert werden. Der IRSC 342 kann einen (nicht gezeigten) Demodulator umfassen. Bei bestimmten Implementierungen kann eine Umsetzung einer irregulären Ausgabe (Abtastung) der Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 in eine äquidistante Abtastung durch den Demodulator durchgeführt werden.
4 zeigt eine Schaltung 400, die eine Differenz-Implementierung eines beispielhaften PPMADC 200 mit einem Sample-Umsetzer von irregulär in regulär (IRSC) 342, der mit einem Ausgang des TDC 210 gekoppelt ist, umfasst. 4 zeigt außerdem Einzelheiten eines beispielhaften passiven zeitkontinuierlichen Filters 420 mit parallelen Pfaden für Differenz-Betrieb. Die Grundfunktionsweise der Schaltung 400 ist der Funktionsweise der Schaltung 300 ähnlich, umfasst aber volldifferentielle Signalpfade. Zwei Analogsignale werden in das erste passive zeitkontinuierliche Filter 434 eingegeben und zwei Rückkopplungssignale werden dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436 zugeführt. Bei einer Ausführungsform können die zwei eingegebenen Analogsignale ein erstes eingegebenes Analogsignal und ein zweites eingegebenes Analogsignal umfassen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das zweite eingegebene Analogsignal ein Referenzsignal sein.
In dem Summierungsknoten 438 wird das erste eingegebene Analogsignal mit einem ersten Rückkopplungssignal kombiniert und das zweite eingegebene Analogsignal mit einem zweiten Rückkopplungssignal kombiniert, wodurch ein erstes kombiniertes Signal (auf dem Signalpfad 460 dargestellt) und ein zweites kombiniertes Signal (auf dem Signalpfad 462 dargestellt) erzeugt werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden das erste und zweite kombinierte Signal an dem Ausgang des Summierungsknotens direkt durch den Komparator 422 empfangen. Bei einer alternativen Ausführungsform werden das erste und zweite kombinierte Signal am Ausgang des Summierungsknotens durch ein (nicht gezeigtes) drittes passives zeitkontinuierliches Filter gefiltert, bevor sie durch den Komparator 422 empfangen werden. Das dritte passive zeitkontinuierliche Filter kann aus einem passiven kapazitiven Element bestehen, das mit dem ersten und dem zweiten kombinierten Signal verbunden ist. Bei allen beispielhaften Ausführungsformen befinden sich somit nur passive Elemente in den Signalpfaden zwischen den Eingängen des ersten und des zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filters 434 und 436 und dem Eingang des Komparators 422.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Komparator 422 das einzige aktive Element der ersten Stufe oder der zweiten Stufe des PPMADC 400. Zusätzlich ist der Komparator 422 im Allgemeinen asynchron. Der Komparator 422 vergleicht das erste und zweite kombinierte Ausgangssignal mit mindestens einem Referenzsignal und gibt ein Paar von pulsmodulierten Ausgangssignalen aus. Timing-Eigenschaften der Komparator-Ausgangssignale werden auf der Basis der Stärke bzw. des Betrags der von dem ersten und dem zweiten Eingang des ersten passiven zeitkontinuierlichen Filters 434 empfangenen Analogsignale variiert. Zu Timing-Eigenschaften, die auf der Basis der Stärke bzw. des Betrags der eingegebenen Analogsignale variiert werden, gehören die Momentanfrequenz der Komparator-Ausgangssignale, das Tastverhältnis der Komparator-Ausgangssignale oder eine Kombination sowohl der Momentanfrequenz als auch des Tastverhältnisses der Komparator-Ausgangssignale.
Das erste und zweite Komparator-Ausgangssignal (PWM-Rechtecksignale) werden zur Extraktion von zeitcodierten Informationen wie oben beschrieben zu einer Messeinrichtung (Mess-Engine) 404 geleitet. Zusätzlich werden das erste und zweite Komparator-Ausgangssignal durch einen DAC 406 übersetzt und als Rückkopplungssignale zu den Eingängen des zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filters 436 geleitet. Wie oben beschrieben, übersetzt der DAC 406 die Komparator-Ausgangssignale in analoge Spannungs- oder Stromsignale, die durch das zweite passive zeitkontinuierliche Filter 436 zu empfangen sind. Bei einer Ausführungsform wird das erste Komparator-Ausgangssignal das erste Rückkopplungssignal an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436, und das zweite Komparator-Ausgangssignal wird das zweite Rückkopplungssignal an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436. Bei einer alternativen Ausführungsform wird das erste Komparator-Ausgangssignal das zweite Rückkopplungssignal an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436, und das zweite Komparator-Ausgangssignal wird das erste Rückkopplungssignal an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436.
5 zeigt ein Schaltbild des passiven zeitkontinuierlichen Filters 420, des Komparators 422 und des (in zwei Teilen als 406A und 406B gezeigten) DAC 406 der Schaltung 400 wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben. Das Schaltbild zeigt die Differenz-Eingänge und mehreren Pfade wie oben beschrieben. Zwei Analogsignale VP und VN werden in das erste passive zeitkontinuierliche Filter 434 eingegeben. Das erste passive zeitkontinuierliche Filter 434 ist in 5 als passive RC-Filter gezeigt, die R2, C0 und C3 und R3, C1 und C2 umfassen. R2 und R3 repräsentieren das passive Widerstandselement R334 und C0, C1, C2 und C3 repräsentieren das passive kapazitive Element C334, wie oben mit Bezug auf 3 besprochen. Bei einer Ausführungsform können die zwei eingegebenen Analogsignale VP und VN ein erstes eingegebenes Analogsignal und ein zweites eingegebenes Analogsignal umfassen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das zweite eingegebene Analogsignal VN ein Referenzsignal sein. Zwei Rückkopplungssignale Q und QN werden dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436 zugeführt. Das zweite passive zeitkontinuierliche Filter 436 ist in 5 als passive RC-Filter gezeigt, die R0 und C0 und R1 und C1 umfassen. R0 und R1 repräsentieren das passive Widerstandselement R336 und C0 und C1 repräsentieren das passive kapazitive Element C336, wie oben mit Bezug auf 3 besprochen. Man beachte, dass sich beide Filter 434 und 436 bei dieser Implementierung die Kondensatoren C0 und C1 teilen. Bei einer alternativen Ausführungsform teilen sich die Filter 434 und 436 keine gemeinsamen Komponenten.
In Knoten A wird das erste eingegebene Analogsignal VP mit einem ersten Rückkopplungssignal Q kombiniert, und in dem Knoten AN wird das zweite eingegebene Analogsignal VN mit einem zweiten Rückkopplungssignal QN kombiniert, wodurch ein erstes kombiniertes Signal D und ein zweites kombiniertes Signal DN erzeugt werden. Bei der in 5 dargestellten beispielhaften Ausführungsform werden das erste und zweite kombinierte Signal an dem Ausgang des Summierungsknotens D und DN direkt durch den Komparator 422 empfangen. Bei einer alternativen Ausführungsform können das erste und zweite kombinierte Signal am Ausgang des Summierungsknotens D und DN durch ein (nicht gezeigtes) drittes passives zeitkontinuierliches Filter gefiltert werden, bevor sie durch den Komparator 422 empfangen werden. Bei allen beispielhaften Ausführungsformen befinden sich somit nur passive Elemente in den Signalpfaden zwischen den Eingängen des ersten und zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filters 434 und 436 und dem Eingang des Komparators 422.
Bei der in 5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der Komparator 422 das einzige aktive Element der Modulatorstufe des PPMADC 400. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Komparator 422 aus einer in 5 dargestellten integrierten Schaltung bestehen. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Komparator aus diskreten elektrischen Komponenten oder einer Mischung von diskreten Komponenten und integrierten Schaltungen bestehen. Zusätzlich ist der Komparator 422 im Allgemeinen asynchron. Der Komparator 422 gibt ein Paar von pulsmodulierten Ausgangssignalen Q und QN aus. Der Komparator 422 vergleicht das erste und zweite kombinierte Ausgangssignal und setzt seine Ausgangssignale Q und QN abhängig davon, ob die Spannung von D größer oder kleiner als die Spannung von DN ist. Timing-Eigenschaften der Komparator-Ausgangssignale Q und QN werden durch den Komparator 422 auf der Basis der Stärke bzw. des Betrags der an dem ersten und zweiten Eingang des ersten passiven zeitkontinuierlichen Filters 434 empfangenen Analogsignale VP und VN variiert. Zu Timing-Eigenschaften, die auf der Basis der Stärke bzw. des Betrags der eingegebenen Analogsignale VP und VN variiert werden, gehören die Momentanfrequenz der Komparator-Ausgangssignale Q und QN, das Tastverhältnis der Komparator-Ausgangssignale Q und QN oder eine Kombination sowohl der Momentanfrequenz als auch des Tastverhältnisses der Komparator-Ausgangssignale Q und QN.
Das erste und zweite Komparator-Ausgangssignal Q und QN werden zur Extraktion von zeitcodierten Informationen wie oben beschrieben zu einer (nicht gezeigten) Messeinrichtung (Mess-Engine) geleitet. Zusätzlich werden das erste und zweite Komparator-Ausgangssignal Q und QN durch den DAC 406A und 406B übersetzt und als Rückkopplungssignale zu den Eingängen des zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filters 436 geleitet. Wie oben beschrieben übersetzt der DAC 406A und 406B die Komparator-Ausgangssignale Q und QN in analoge Spannungs- oder Stromsignale, die durch das zweite passive zeitkontinuierliche Filter 436 zu empfangen sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können der DAC 406A und 406B aus einem Paar von Invertern/Puffern bestehen, wie in dem Schaltbild von 5 gezeigt. Bei einer Ausführungsform wird das erste Komparator-Ausgangssignal Q das erste Rückkopplungssignal D an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436, und das zweite Komparator-Ausgangssignal QN wird das zweite Rückkopplungssignal QN an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436. Bei einer alternativen Ausführungsform wird das erste Komparator-Ausgangssignal Q das zweite Rückkopplungssignal DN an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436, und das zweite Komparator-Ausgangssignal wird das erste Rückkopplungssignal D an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter 436.
Beispielhafte Verfahren
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Implementieren von Analog-Digital-Umsetzung unter Verwendung von Passiv-Pulsmodulations-Analog-Digital-Umsetzung (PPMADC) und wird mit Bezug auf 3–6 beschrieben. Die Reihenfolge, in der das Verfahren beschrieben wird, soll nicht als Beschränkung aufgefasst werden, und eine beliebige Anzahl der beschriebenen Verfahrensblöcke kann in einer beliebigen Reihenfolge kombiniert werden, um das Verfahren oder alternative Verfahren zu implementieren. Zusätzlich können individuelle Blöcke aus dem Verfahren gelöscht werden, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang des hier beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Ferner kann das Verfahren in beliebiger geeigneter Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination davon implementiert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Im Block 602 wird ein eingegebenes Analogsignal an einem ersten passiven zeitkontinuierlichen Filter empfangen. Das empfangene eingegebene Analogsignal kann Sprachsignale oder Datensignale und/oder eine Kombination von beidem umfassen. Im Fall eines Sprachsignals kann die analoge Quelle ein Mikrofon sein. Wenn das Signal ein Datensignal ist, können die analogen Eingangssignale Audio- und/oder Videoübertragungssignale oder dergleichen sein.
Im Block 604 wird ein Rückkopplungssignal an einem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter empfangen. Das Rückkopplungssignal wird von einem Digital-Analog-Umsetzer (DAC) empfangen. Der DAC empfängt das Rückkopplungssignal von dem Ausgang eines Komparators und übersetzt das Komparator-Ausgangssignal vor dem Senden des Signals zu dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter in ein analoges Spannungs- oder Stromsignal. Block 604 kann mit Block 602 simultan sein, so dass das eingegebene Analogsignal gleichzeitig zu dem Empfang des Rückkopplungssignals an dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter an dem ersten passiven zeitkontinuierlichen Filter empfangen wird.
Im Block 606 werden das Ausgangssignal aus dem ersten passiven zeitkontinuierlichen Filter und das Ausgangssignal aus dem zweiten passiven zeitkontinuierlichen Filter in einem Summierungsknoten kombiniert. Bei einer beispielhaften Implementierung besteht der Summierungsknoten nicht aus einem aktiven Element.
Im Block 608 wird das kombinierte Signal am Ausgang des Summierungsknotens in dem Komparator mit mindestens einer Referenzspannung verglichen. Das kombinierte Signal am Ausgang des Summierungsknotens umfasst das Ausgangssignal aus dem ersten passiven zeitkontinuierlichen Filter kombiniert mit dem Ausgangssignal aus dem zweiten passiven zeitkontinuierlichem Filter. Bei einer Ausführungsform ist der Komparator asynchron. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Komparator synchron. Bei einer Ausführungsform wird das kombinierte Signal am Ausgang des Summierungsknotens in einem dritten passiven zeitkontinuierlichen Filter gefiltert, bevor es in dem Komparator mit mindestens einer Referenzspannung verglichen wird. Die Referenzspannung kann ein vordefinierter Wert sein.
Im Block 610 wird eine Timing-Eigenschaft des Ausgangssignals aus dem Komparator auf der Basis einer Stärke bzw. eines Betrags des durch das erste passive zeitkontinuierliche Filter empfangenen Analogsignals variiert. Bei einer Ausführungsform ist die Timing-Eigenschaft des Ausgangssignals des Komparators, die variiert wird, die Momentanfrequenz des Ausgangssignals des Komparators. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Timing-Eigenschaft des Ausgangssignals des Komparators, die variiert wird, das Tastverhältnis des Ausgangssignals des Komparators. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Timing-Eigenschaft des Ausgangssignals des Komparators, die variiert wird, sowohl die Momentanfrequenz des Ausgangssignals des Komparators als auch das Tastverhältnis des Ausgangssignals des Komparators. Zum Beispiel kann das eingegebene Analogsignal unter Verwendung des Modulators 202 moduliert werden. Der Modulator 202 kann die Stärke bzw. den Betrag (zum Beispiel Amplitudeninformationen) des eingegebenen Analogsignals unter Verwendung von Pulsmodulation oder Tastverhältnismodulation in Zeitinformationen des Komparator-Ausgangssignals umsetzen. Als Ergebnis werden Variationen der Amplitude des eingegebenen Analogsignals in Variationen der Pulsbreite und Pulsperiode des Komparator-Ausgangssignals umgesetzt. Die Ausgabe des Modulators 202 kann ein asynchrones zeitkontinuierliches Rechtecksignal sein.
Im Block 612 wird das Ausgangssignal aus dem Komparator gemessen. Das Messen umfasst zuerst das Empfangen des Komparator-Ausgangssignals in einem Zeit-Digital-Umsetzer (TDC). Das Ausgangssignal aus dem Komparator wird außerdem zu einem Steuermodul geroutet, das dafür ausgelegt ist, den TDC zu steuern. Das Steuermodul erzeugt Start- und Stoppereignisse für den TDC auf der Basis des Komparator--Ausgangssignals. Unter Verwendung dieser erzeugten Steuerereignisse extrahiert der TDC dann zeitcodierte Informationen aus dem Komparator-Ausgangssignal.
Bei einer alternativen Ausführungsform können mehrere TDC die zeitcodierten Informationen aus dem Komparator-Ausgangssignal extrahieren. Zum Beispiel können zwei TDC verwendet werden, um die Extraktion auszuführen. Ein erster TDC kann verwendet werden, um Informationen relativ zu der variierenden Pulsbreite des Komparator-Ausgangssignals zu extrahieren, und ein zweiter TDC kann verwendet werden, um Informationen relativ zu dem variierenden Tastverhältnis des Komparator-Ausgangssignals zu extrahieren. Dies kann direkt dem Messen der Dauer des Pulses in einem Hoch-Zustand durch den ersten TDC und dem Messen der Dauer des Niedrig-Zustands zwischen Pulsen durch den zweiten TDC entsprechen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden jegliche und alle TDC ausschließlich auf der Basis der aus dem Komparator-Ausgangssignal und nicht aus irgendeinem Signal Dritter extrahierten Steuerereignisse gesteuert.
Eine beispielhafte elektronische Einrichtung
7 zeigt eine Ausführungsform einer elektronischen Einrichtung 700, die Analog-Digital-Umsetzung unter Verwendung eines passiv-pulsmodulierten Analog-Digital-Umsetzers (PPMADC) implementiert. Die elektronische Einrichtung 700 kann eine oder mehrere Eingangs-/Ausgangsschnittstellen 702 und digitale Signalprozessor(en) DSP 704 umfassen. Die Eingangs-/Ausgangsschnittstellen 702 können verwendet werden, um Eingangs-/Ausgangseinrichtungen, wie zum Beispiel ein Mikrofon, einen Benutzerbildschirm, eine Benutzeroberfläche (z. B. Tastatur, Touchpad usw.), Lautsprecher usw. mit der elektronischen Einrichtung 700 zu verbinden. Der eine oder die mehreren digitalen Signalprozessoren 704 können Steuer- und Befehlsfunktionen ausführen, darunter das Zugreifen auf die Komponenten der elektronischen Einrichtung 700 und deren Steuerung. Bei dem digitalen Signalprozessor bzw. den digitalen Signalprozessoren 704 kann es sich um eine einzige Verarbeitungseinheit oder um mehrere Datenverarbeitungseinheiten handeln.
Die elektronische Einrichtung 700 kann ferner einen oder mehrere Antennen 706 zum Senden und Empfangen von Hochfrequenz umfassen. Die Antennen 706 können dafür ausgelegt sein, verschiedene Hochfrequenzen (HF) in verschiedenen Bändern zu empfangen. Die Antenne 706 kann intelligente Antennen, Fraktalantennen, Mikrostreifenantennen usw. umfassen.
Die elektronische Einrichtung 700 umfasst einen PPMADC 708 mit irregulärer Abtastung, der ein über die Eingangs-/Ausgangsschnittstellen 702 empfangenes eingegebenes Analogsignal in ein Digitalsignal umsetzen kann. Der irregulär abtastende Analog-Digital-Umsetzer 708 kann den Modulator 202, die Messeinrichtung (Mess-Engine) 204 und den IRSC 342 umfassen. Bei einer beispielhaften Implementierung ist der Komparator 222 das einzige den Modulator 202 umfassende aktive Element.
Das Analogsignal kann zuerst moduliert werden, um gemäß der Amplitude des Analogsignals asynchrone Rechtecksignale mit variierender Pulsbreite und Periode zu erzeugen. Das modulierte Signal wird dann gemessen, um irreguläre Abtastwerte zu erzeugen. Das abgetastete Signal kann quantisiert werden, bevor es benutzt wird, um das ursprüngliche Signal abtastwerteweise in digitaler Form oder ein Digitalsignal zu rekonstruieren.
In der elektronischen Einrichtung 700 können Demodulatoren 710 enthalten sein, um das über die Antenne empfangene Signal zu demodulieren und die Trägerfrequenz zu entfernen, um ein Basisband-Digitalsignal zu erhalten, das das eingegebene Analogsignal repräsentiert.
Das Basisband-Digitalsignal kann in analoge Form umgesetzt werden. Das Umsetzen in analog kann unter Verwendung eines Digital-Analog-Umsetzers (DAC) 712 ausgeführt werden. Es kann jeder beliebige geeignete DAC 712 in der elektronischen Einrichtung 700 verwendet werden. Zum Beispiel ein binär gewichteter DAC, ein Überabtastungs-DAC, ein pulsbreitenmodulierender DAC, segmentierter DAC usw. Die Wahl des DAC 712 kann sich nach der verwendeten Technologie, der Frequenz des Signals, der verlangten Präzision und Genauigkeit usw. richten.
Außerdem können Verstärker und Filter 714 in der elektronischen Einrichtung 700 vorliegen, um das Signal zu verstärken und das Rauschen und Verzerrungen des Signals im nützlichen Band zu minimieren. Die Verstärker können Leistungsverstärker, Audio-/Videoverstärker usw. sein. Die Filter in der elektronischen Einrichtung 700 können Vorfilter, Rauschformer, Digitalfilter, Analogfilter usw. umfassen. Die elektronische Einrichtung 700 umfasst außerdem eine Batterie oder Stromversorgung 716, die die elektronische Einrichtung mit Strom versorgt.
Schlussbemerkungen
Obwohl die Erfindung in für strukturelle Merkmale und/oder Verfahrensschritte spezifischer Sprache beschrieben wurde, versteht sich, dass die Erfindung nicht notwendigerweise auf die beschriebenen spezifischen Merkmale oder Schritte begrenzt ist. Stattdessen werden die spezifischen Merkmale und Schritte als beispielhafte Formen der Implementierung der Erfindung offenbart. Die Ansprüche sind als ein erster nichteinschränkender Ansatz zur allgemeinen Definition der Erfindung aufzufassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Wiesbauer et al. [0002]

Claims

Elektrische Schaltung eines Analog-Digital-Umsetzers bzw. ADC mit einem analogen Modulator, wobei der analoge Modulator (202) umfasst: ein passives zeitkontinuierliches Filter (220, 420) mit: einem ersten passiven Teilfilter (334, 434), das dafür ausgelegt ist, ein Analogsignal zu empfangen, einem zweiten passiven Teilfilter (336, 436), das dafür ausgelegt ist, ein Rückkopplungssignal zu empfangen, und einem Summierungsknoten (338, 438), der dafür ausgelegt ist, ein Ausgangssignal des ersten Teilfilters (334, 434) mit einem Ausgangssignal des zweiten Teilfilters (336, 436) zu kombinieren, um ein Ausgangssignal des Summierungsknotens (338, 438) bereitzustellen; und einen Komparator (222, 422), der dafür ausgelegt ist, das Ausgangssignal des Summierungsknotens (338, 438) zu empfangen, wobei der Komparator (222, 422) ferner dafür ausgelegt ist, eine Timing-Eigenschaft (Zeitverhalten- oder Takteigenschaften) eines Ausgangssignals des Komparators (222, 422) auf der Basis einer Stärke des durch das erste Teilfilter (334, 434) empfangenen Analogsignals zu variieren.
Elektrische Schaltung eines ADC nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zwischen dem Komparator (222, 422) und dem zweiten Teilfilter (336, 436) in Reihe geschalteten Digital-Analog-Umsetzer bzw. DAC (206, 406), wobei der DAC (206, 406) dafür ausgelegt ist, das Ausgangssignal des Komparators (222, 422) in ein Spannungs- oder Stromsignal zu übersetzen, das dafür ausgelegt ist, durch das zweite Teilfilter (336, 436) empfangen zu werden, wobei ein Ausgangssignal des DAC das durch das zweite Teilfilter (336, 436) empfangene Rückkopplungssignal ist.
Elektrische Schaltung eines ADC nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine mit dem Ausgang des Komparators (222, 422) gekoppelte Messeinrichtung (Mess-Engine) (204, 404), wobei die Messeinrichtung (Mess-Engine) (204, 404) dafür ausgelegt ist, Timing-Informationen aus dem Ausgangssignal des Komparators (222, 422) zu extrahieren und alle Steuerereignisse zur Extraktion der Timing-Informationen ausschließlich aus dem Ausgangssignal des Komparators (222, 422) zu extrahieren.
Elektrische Schaltung eines ADC nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine mit der Messeinrichtung (Mess-Engine) (204) gekoppelte Nachverarbeitungsschaltung (340), wobei die Nachverarbeitungsschaltung (340) dafür ausgelegt ist, nichtäquidistante Timing-Informationen aus dem Ausgangssignal des Komparators (222) in gleich beabstandete diskrete Werte umzusetzen, die Abtastwerte des durch das erste passive Teilfilter (334) empfangenen Analogsignals repräsentieren.
ADC nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Komparator (222, 422) ein asynchroner Komparator ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Timing-Eigenschaft eine Momentanfrequenz des Ausgangssignals des Komparators (222, 422) ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Timing-Eigenschaft ein Tastverhältnis des Ausgangssignals des Komparators (222, 422) ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Timing-Eigenschaft das durch das erste passive Teilfilter (334, 434) an einem Abtastpunkt in einem jeweiligen Zyklus des Ausgangssignals des Komparators (222, 422) empfangene Analogsignal repräsentiert.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner ein mit dem Ausgang des Summierungsknotens (338) gekoppeltes drittes passives Teilfilter (232) umfasst, wobei das dritte passive Teilfilter (232) dafür ausgelegt ist, das Ausgangssignal des Summierungsknotens (338) zu filtern, bevor das Signal durch den Komparator (222, 422) empfangen wird.
Verfahren, umfassend: Empfangen eines Analogsignals durch ein erstes passives zeitkontinuierliches Filter (334, 434), wobei das erste passive zeitkontinuierliche Filter (334, 434) ein erstes Ausgangssignal bereitstellt; Empfangen eines Rückkopplungssignals von einem Digital-Analog-Umsetzer bzw. DAC (206, 406) durch ein zweites passives zeitkontinuierliches Filter (336, 436), wobei das zweite passive zeitkontinuierliche Filter (336, 436) ein zweites Ausgangssignal bereitstellt; Kombinieren des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangssignals in einem Summierungsknoten (338, 438); Vergleichen eines durch den Summierungsknoten (338, 438) ausgegebenen Signals mit mindestens einer Referenzspannung in einem Komparator (222, 422); und Variieren einer Timing-Eigenschaft (Zeitverhalten- oder Takteigenschaften) eines durch den Komparator (222, 422) ausgegebenen Signals auf der Basis einer Stärke des durch das erste Filter (334, 434) empfangenen Analogsignals.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Messen des durch den Komparator (222, 42) ausgegebenen Signals durch: Empfangen des durch den Komparator (222, 422) ausgegebenen Signals durch einen Zeit-Digital-Umsetzer bzw. TDC (210); und Extrahieren von zeitcodierten Informationen aus dem durch den Komparator (222, 422) ausgegebenen Signal unter Verwendung von Start- und Stoppereignissen auf der Basis des durch den Komparator (222, 422) ausgegebenen Signals.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Empfangen und das Extrahieren durch mehrere TDC (210) ausgeführt wird und wobei die TDC ausschließlich auf der Basis von aus dem durch den Komparator (222) ausgegebenen Signal extrahierten Steuerereignissen gesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Timing-Eigenschaft eine Momentanfrequenz des Ausgangssignals des Komparators (222) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Timing-Eigenschaft ein Tastverhältnis des Ausgangssignals des Komparators (222) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Komparator (222) ein asynchroner Komparator ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, ferner umfassend Filtern des durch den Summierungsknoten (338, 438) ausgegebenen Signals durch ein drittes passives zeitkontinuierliches Filter (232) vor dem Vergleichen.
System, umfassend: eine einen analogen Modulator (202) umfassende erste Stufe mit: einem passiven zeitkontinuierlichen Filter (220) mit einem ersten Eingang (224), einem zweiten Eingang (226) und einem Ausgang (228), wobei der erste Eingang (224) dafür ausgelegt ist, ein Analogsignal zu empfangen, der zweite Eingang (226) dafür ausgelegt ist, ein Rückkopplungssignal zu empfangen, und der Ausgang (228) dafür ausgelegt ist, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das eine Summierung des Analogsignals und des Rückkopplungssignals umfasst, einem Komparator (222), der dafür ausgelegt ist, das Ausgangssignal des passiven zeitkontinuierlichen Filters (220) und mindestens einer Referenzspannung zu vergleichen, um ein Komparator-Ausgangssignal bereitzustellen, wobei eine Timing-Eigenschaft (Zeitverhalten- oder Takteigenschaften) des Komparator-Ausgangssignals auf der Basis einer Stärke des durch den ersten Eingang empfangenen Analogsignals variiert wird, und einem Digital-Analog-Umsetzer bzw. DAC (206), der dafür ausgelegt ist, das Komparator-Ausgangssignal in das Rückkopplungssignal zu übersetzen, wobei das Rückkopplungssignal ein Spannungs- oder Stromsignal ist, das dafür ausgelegt ist, durch den zweiten Eingang (226) empfangen zu werden; und eine einen Zeit-Digital-Umsetzer bzw. TDC (210) und eine Steuerkomponente umfassende zweite Stufe, wobei der TDC (210) dafür ausgelegt ist, zeitcodierte Informationen aus dem Komparator-Ausgangssignal zu extrahieren und wobei die Steuerkomponente dafür ausgelegt ist, Start- und Stoppereignisse aus dem Komparator-Ausgangssignal zu erzeugen.
System nach Anspruch 17, wobei die Timing-Eigenschaft eine Momentanfrequenz des Komparator-Ausgangssignals ist.
System nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Timing-Eigenschaft ein Tastverhältnis des Komparator-Ausgangssignals ist.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Komparator (202) ein asynchroner Komparator ist.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, ferner umfassend mehrere TDCs (210), wobei die TDCs ausschließlich auf der Basis der aus dem Komparator-Ausgangssignal extrahierten zeitcodierten Informationen gesteuert werden.