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Hintergrund
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Ein Analog-Digital-Umsetzer bzw. ADC empfängt ein analoges Eingangssignal und setzt es in ein digitales Signal um. Bei der Umsetzung erfolgt eine Quantisierung des analogen Eingangssignals, die die fast unendlich variable Amplitude des Analogsignals auf einen einer endlichen Reihe von diskreten Pegeln abbildet. Diese Abbildung von vielen auf eines führt unweigerlich Fehler in das digitale Signal ein. Die Differenz zwischen dem eingegebenen Analogsignal und dem ausgegebenen Digitalsignal wird als der Quantisierungsfehler oder Rauschen bezeichnet.
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Um das Quantisierungsrauschen zu minimieren, wird oft eine automatische Verstärkungsregelung bzw. AGC verwendet, um die Amplitude des Analogsignals zu justieren, bevor es in den ADC eingegeben wird.
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Typischerweise ist eine AGC-Schaltung ausgelegt zum Berechnen der Durchschnittsamplitude der Ausgabe des ADC über eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten (z. B. 10 oder 100 Abtastwerten) und Vergleichen dieser mit einer Zieldurchschnittsamplitude. Die AGC-Schaltung justiert dann die auf das Eingangssignal angewandte Verstärkung, so dass die Durchschnittsamplitude der ADC-Ausgabe gleich der Zieldurchschnittsamplitude wird.
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Es ist jedoch schwierig, eine einzige Zieldurchschnittsamplitude auszuwählen, die für vielfältige Eingangssignale funktioniert.
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Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf Implementierungen beschränkt, die beliebige oder alle der Nachteile bekannter Systeme lösen.
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Kurzfassung
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Diese Kurzfassung wird gegeben, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form einzuführen, die später in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Kurzfassung soll nicht Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren und auch nicht als Hilfe bei der Bestimmung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden. Es werden hier Verfahren und Schaltungen zum Steuern einer automatischen Verstärkungsschaltung beschrieben, die zum Justieren der Verstärkung eines Analog-Digital-Umsetzer-Eingangssignals verwendet wird. Das Verfahren umfasst ein Erhalten einer Vielzahl von Abtastwerten vom Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers. Dann wird für jeden Abtastwert bestimmt, ob die Amplitude des Abtastwerts größer als ein Schwellenamplitudenwert ist, wobei der Schwellenamplitudenwert kleiner als der Sättigungspunkt des Analog-Digital-Umsetzers ist. Falls die Amplitude des Abtastwerts größer als der Schwellenamplitudenwert ist, wird ein Zählerwert inkrementiert. Die Zieldurchschnittsamplitude der automatischen Verstärkungsregelungsschaltung wird dann auf der Basis des Zählerwerts periodisch justiert.
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Ein erster Aspekt stellt ein Verfahren zum Steuern einer zum Justieren der Verstärkung eines in einen Analog-Digital-Umsetzer eingegebenen Signals verwendeten automatischen Verstärkungsregelungsschaltung bereit, wobei das Verfahren umfasst: (a) Abtasten der Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers; (b) Bestimmen, ob die Amplitude des Abtastwerts größer als ein Schwellenamplitudenwert ist, wobei der Schwellenamplitudenwert kleiner als der Sättigungspunkt des Analog-Digital-Umsetzers ist; (c) falls die Amplitude des Abtastwerts größer als der Schwellenamplitudenwert ist, Inkrementieren eines Zählerwerts; (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c); und (e) periodisches Justieren einer Zieldurchschnittsamplitude der automatischen Verstärkungsregelungsschaltung auf der Basis des Zählerwerts.
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Ein zweiter Aspekt stellt eine Schaltung zum dynamischen Steuern einer zum Justieren der Verstärkung eines in einen Analog-Digital-Umsetzer eingegebenen Signals verwendeten automatischen Verstärkungsschaltung bereit, wobei die Schaltung umfasst: eine Komparatorschaltung, ausgelegt zum Erhalten einer Vielzahl von Abtastwerten der Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers; und Bestimmen für jeden Abtastwert, ob die Amplitude des Abtastwerts größer als ein Schwellenamplitudenwert ist, wobei der Schwellenamplitudenwert kleiner als der Sättigungspunkt des Analog-Digital-Umsetzers ist; und falls ein Abtastwert größer als der Schwellenamplitudenwert ist, Ausgeben einer Angabe, dass der Abtastwert größer als der Schwellenamplitudenwert ist; eine mit der Komparatorschaltung gekoppelte Zählerschaltung, wobei die Zählerschaltung ausgelegt ist zum Empfangen der Angaben aus der Komparatorschaltung und Inkrementieren eines Zählerwerts für jede empfangene Angabe; und eine mit der Zählerschaltung gekoppelte Zielsteuerschaltung, wobei die Zielsteuerschaltung ausgelegt ist zum periodischen Empfangen des Zählerwerts aus der Zählerschaltung und Justieren einer Zieldurchschnittsamplitude der automatischen Verstärkungsregelungsschaltung auf der Basis des Zählerwerts.
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Die hier beschriebenen Verfahren können von Software in maschinenlesbarer Form auf einem berührbaren Speichermedium ausgeführt werden, z. B. in Form eines Computerprogramms, das Computerprogrammcodemittel umfasst, ausgelegt zum Ausführen aller Schritte beliebiger der hier beschriebenen Verfahren, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird, und wobei das Computerprogramm auf einem computerlesbaren Medium realisiert sein kann. Beispiele für berührbare (oder nichtflüchtige) Speichermedien umfassen Datenträger, USB-Sticks, Speicherkarten usw. und umfassen keine fortgepflanzten Signale. Die Software kann zur Ausführung auf einem parallelen Prozessor oder einem seriellen Prozessor geeignet sein, so dass die Verfahrensschritte in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden können.
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Dies bestätigt, dass Firmware und Software wertvolle, separate handelbare Güter sein können. Es ist beabsichtigt, Software einzuschließen, die auf ”dummer” oder Standardhardware läuft oder diese steuert, um die gewünschten Funktionen auszuführen. Außerdem ist beabsichtigt, Software einzuschließen, die die Konfiguration von Hardware ”beschreibt” oder definiert, wie etwa HDL-Software (Hardware Description Language), so wie sie zum Entwurf von Siliziumchips oder zum Konfigurieren von universellen programmierbaren Chips verwendet wird, um gewünschte Funktionen auszuführen.
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Die bevorzugten Merkmale können gegebenenfalls kombiniert werden, so wie es für Fachleute ersichtlich wäre, und können mit beliebigen der Aspekte der Erfindung kombiniert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand von Beispielen mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Schaltbild einer bekannten automatischen Verstärkungsregelungsschleife für einen Analog-Digital-Umsetzer;
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2 einen Graph der Amplitudenverteilung eines Breitamplitudenverteilungssignals und eines Schmalamplitudenverteilungssignals;
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3 ein Schaltbild einer beispielhaften Verstärkungsregelungsschleife für einen Analog-Digital-Umsetzer, wobei die Zieldurchschnittsamplitude dynamisch ausgewählt wird;
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4 einen Graph des Verhältnisses von Signal zu Quantisierungsrauschen eines Signals mit Gaußscher Amplitudenverteilung mit Bezug auf den ADC-Backoff-Pegel; und
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5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum dynamischen Justieren der Zieldurchschnittsamplitude der automatischen Verstärkungsregelung.
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In den Figuren werden durchweg gemeinsame Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Merkmale anzugeben.
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Ausführliche Beschreibung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend lediglich an Hand von Beispielen beschrieben. Diese Beispiele stellen die besten Arten der Verwirklichung der Erfindung dar, die der Anmelderin derzeit bekannt sind, obwohl sie nicht die einzigen Weisen sind, auf die dies erzielt werden könnte. Die Beschreibung legt die Funktionen des Beispiels und die Sequenz von Schritten zum Konstruieren und Betreiben des Beispiels dar. Dieselben oder äquivalente Funktionen und Sequenzen können jedoch durch andere Beispiele erzielt werden.
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Wie Fachleuten bekannt ist, empfängt ein Analog-Digital-Umsetzer bzw. ADC ein analoges Eingangssignal und setzt es in ein digitales Signal um. Bei der Umsetzung erfolgt eine Quantisierung des analogen Eingangssignals, die die fast unendlich variable Amplitude des Analogsignals auf einen einer endlichen Reihe von diskreten Pegeln abbildet. Diese Abbildung von vielen auf eines führt unweigerlich Fehler in das digitale Signal ein. Die Differenz zwischen dem eingegebenen Analogsignal und dem ausgegebenen Digitalsignal wird als der Quantisierungsfehler oder Rauschen bezeichnet.
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Die Qualität eines ADC wird oft im Hinblick seines Rauschabstands bzw. SNR gemessen. Der SNR ist die Beziehung der Amplitude des Eingangssignals zu der Amplitude des Quantisierungsrauschens zu einem gegebenen Zeitpunkt. Der SNR wird typischerweise als Dezibel (dB) gemessen und durch Gleichung (1) gegeben: SNRdB = 20log10 Signalamplitude / Rauschamplitude (1)
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Um das Quantisierungsrauschen zu minimieren und somit den SNR zu verbessern, wird oft eine automatische Verstärkungsregelung bzw. AGC verwendet, um die Amplitude des Analogsignals zu justieren, bevor es in den ADC eingegeben wird.
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Es wird nun auf 1 Bezug genommen, in der ein Schaltbild einer bekannten AGC-Schleife 100 zum Justieren der Amplitude eines in einen ADC eingegebenen Analogsignals dargestellt ist. Die AGC-Schleife 100 umfasst einen Verstärkungs-Verstärker 102, einen ADC 104 und eine AGC-Schaltung 106.
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Der Verstärkungs-Verstärker 102 empfängt ein analoges Eingangssignal 108 und wendet eine Verstärkung auf das analoge Eingangssignal 108 an, um ein verstärkungsjustiertes Analogsignal 110 zu produzieren. Falls die Verstärkung eins ist, bleibt das analoge Eingangssignal 108 unverändert; falls die Verstärkung höher als eins ist, wird das analoge Eingangssignal 108 verstärkt. Falls die Verstärkung kleiner als eins ist, wird das analoge Eingangssignal 108 reduziert.
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Das verstärkungsjustierte Analogsignal 110 wird dem ADC 104 zugeführt. Der ADC 104 setzt dann das verstärkungsjustierte Analogsignal 110 unter Verwendung von Quantisierung in ein Digitalsignal 112 um.
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Die AGC-Schaltung 106 misst die Amplitude des Digitalsignals 112 und justiert die durch den Verstärkungs-Verstärker 102 angewandte Verstärkung entsprechend. In bestimmten Fällen justiert die AGC-Schaltung 106 die durch den Verstärkungs-Verstärker 102 angewandte Verstärkung durch Erzeugen eines Steuersignals, das die vom Verstärkungs-Verstärker 102 angewandte Verstärkung steuert.
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Typischerweise ist die AGC-Schaltung 106 ausgelegt zum Berechnen der Durchschnittsamplitude des Digitalsignals 112 über eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten (z. B. 10 oder 100 Abtastwerten) und Vergleichen dieser mit einer Zieldurchschnittsamplitude. Die AGC-Schaltung 106 justiert dann die vom Verstärkungs-Verstärker 102 angewandte Verstärkung als Versuch, die Durchschnittsamplitude des Digitalsignals 112 der Zieldurchschnittsamplitude gleichzumachen. Falls zum Beispiel die Durchschnittsamplitude des Digitalsignals 112 über der Zieldurchschnittsamplitude liegt, kann die AGC-Schaltung 106 die vom Verstärkungs-Verstärker 102 angewandte Verstärkung reduzieren. Falls umgekehrt die Durchschnittsamplitude des Digitalsignals 112 unter der Zieldurchschnittsamplitude liegt, kann die AGC-Schaltung 106 die vom Verstärkungs-Verstärker 102 angewandte Verstärkung vergrößern.
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Bei bekannten AGC-Schleifen, wie etwa der in 1 gezeigten, ist der Zielamplitudenwert vorbestimmt und fest.
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Um das Quantisierungsrauschen zu minimieren, wird im Idealfall die Zieldurchschnittsamplitude so ausgewählt, dass die Amplitude der Eingabe in den ADC 104 (d. h. des verstärkungsjustierten Analogsignals 110) minimiert wird, während eine Sättigung des ADC 104 vermieden wird. Jeder ADC weist einen Spannungsbereich auf, in dem er arbeitet (z. B. +/– 10000 mV). Falls der ADC ein Signal außerhalb dieses Bereichs (z. B. +/– 15000 mV) empfängt, würde der ADC dies als min/max im Bereich (z. B. +/– 10000 mV) interpretieren, was fehlerhaft wäre. Dieser Fehler wird als Sättigung des ADC bezeichnet. Dementsprechend überspannt im Idealfall das in den ADC eingegebene Signal (z. B. das verstärkungsjustierte Analogsignal 110) so viel des Spannungsbereichs wie möglich, ohne den ADC 104 zu sättigen, da dies den SNR vergrößert.
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Dementsprechend hängt die ideale Zieldurchschnittsamplitude von der Amplitudenverteilung des eingegebenen Analogsignals ab. Zum Beispiel kann eine kleine Zieldurchschnittsamplitude mit einem Signal mit breiter Amplitudenverteilung verwendet werden, um eine Sättigung des ADC 104 zu vermeiden. Umgekehrt kann eine höhere Zieldurchschnittsamplitude mit einem Signal mit gut eingegrenzter oder schmaler Amplitudenverteilung verwendet werden. Es wird nun auf 2 Bezug genommen, worin die Amplitudenverteilung eines Signals 202 mit breiter Amplitudenverteilung und eines Signals 204 mit gut eingegrenzter oder schmaler Amplitudenverteilung dargestellt ist. Wie in 2 zu sehen ist, ist die Amplitude des ersten Signals 202 unterschiedlicher (z. B. deckt einen größeren Bereich ab) als das zweite Signal 204.
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Da die Amplitudenverteilung eines Analogsignals mit der Zeit variieren kann, ist es schwierig, eine einzige Zieldurchschnittsamplitude auszuwählen, die für alle Bedingungen gut funktioniert. Dementsprechend macht es die Verwendung einer einzigen festen Zieldurchschnittsamplitude bei einem eingegebenen Analogsignal, das eine variierende Amplitudenverteilung aufweist, schwierig, den Dynamikumfang des ADC 104 voll zu nutzen.
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Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen Schaltungen und Verfahren zum automatischen Justieren der AGC-Zieldurchschnittsamplitude auf der Basis des Eingangssignals. Speziell wird in den hier beschriebenen Schaltungen und Verfahren die Ausgabe des ADC (z. B. das Digitalsignal 112) überwacht, um die Anzahl oder den Prozentsatz von Abtastwerten zu bestimmen, die über einem Schwellenamplitudenwert liegen. Die AGC-Zieldurchschnittsamplitude wird dann auf der Basis der Anzahl/des Prozentsatzes der Abtastwerte über und/oder unter dem Schwellenamplitudenwert justiert, so dass es nur eine kleine Anzahl von Abtastwerten über dem Schwellenamplitudenwert gibt. In bestimmten Fällen, falls es mehr als eine Schwellenanzahl von Abtastwerten über dem Schwellenamplitudenwert gibt, kann zum Beispiel die Zieldurchschnittsamplitude verkleinert werden, und falls es weniger als die Schwellenanzahl von Abtastwerten über dem Schwellenamplitudenwert gibt, kann die Zieldurchschnittsamplitude vergrößert werden.
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Die hier beschriebenen Verfahren und Schaltungen erlauben der AGC-Zieldurchschnittsamplitude, sich an Änderungen des Eingangssignals (z. B. Änderungen der Amplitudenverteilung) anzupassen, so dass die AGC-Schaltung 106 den Spannungsdynamikumfang des ADC 104 maximiert und ein Quantisierungsrauschen verringert. Die Auswahl einer geeigneten AGC-Zieldurchschnittsamplitude minimiert eine Signalsättigung im ADC 104 und maximiert dennoch die Amplitude des Signals.
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Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der eine AGC-Schleife 300 dargestellt ist, bei der die AGC-Zieldurchschnittsamplitude auf der Basis des Eingangssignals automatisch und dynamisch justiert wird. Die AGC-Schleife 300 umfasst den Verstärkungs-Verstärker 102; den ADC 104; und die AGC-Schaltung 106 von 1. Statt dass die AGC-Zieldurchschnittsamplitude fest ist, wird sie jedoch durch die AGC-Zielauswahlschaltung 302 adaptiv ausgewählt. Speziell überwacht die AGC-Zielauswahlschaltung 302 das Digitalsignal 112, um zu bestimmen, wie oft es einen Schwellenamplitudenwert übersteigt, und justiert die AGC-Zieldurchschnittsamplitude entsprechend.
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Die AGC-Zielauswahlschaltung 302 von 3 umfasst eine Vergleichsschaltung 304, eine Zählerschaltung 306 und eine Zielsteuerschaltung 308. Die Vergleichsschaltung 304 tastet das Digitalsignal 112 ab und vergleicht den Abtastwert mit einem Schwellenamplitudenwert. Falls die Amplitude des Abtastwerts den Schwellenamplitudenwert übersteigt, liefert die Vergleichsschaltung 304 eine Angabe an die Zählerschaltung 306, dass der Abtastwert den Schwellenamplitudenwert übersteigt.
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In einigen Fällen kann die Vergleichsschaltung 304 ausgelegt sein, nur eine Ausgabe zu liefern, falls der Abtastwert den Schwellenamplitudenwert übersteigt. In diesen Fällen zeigt der Umstand, dass eine Ausgabe vorliegt, an, dass die Amplitude des Abtastwerts die Schwellenamplitude übersteigt. In anderen Fällen kann die Vergleichsschaltung 304 ausgelegt sein, nach jedem Abtasten eine Ausgabe zu liefern, wobei der Inhalt der Ausgabe angibt, ob die Amplitude des Abtastwerts den Schwellenamplitudenwert übersteigt oder nicht. Zum Beispiel kann die Vergleichsschaltung 304 zum Liefern einer binären Ausgabe (z. B. 1/0, JA/NEIN, WAHR/FALSCH) nach jedem Abtastwert ausgelegt sein, die angibt, ob der Abtastwert den Schwellenamplitudenwert übersteigt. Zum Beispiel kann die Vergleichsschaltung ein JA ausgeben, falls die Amplitude des Abtastwerts den Schwellenamplitudenwert übersteigt, und ein NEIN, falls die Amplitude des Abtastwerts den Schwellenamplitudenwert nicht übersteigt.
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Der Schwellenamplitudenwert wird so ausgewählt, dass er unter dem Sättigungspunkt des ADC 104 aber nahe bei diesem liegt. In bestimmten Fällen ist der Schwellenamplitudenwert fest. In anderen Fällen kann der Schwellenamplitudenwert justierbar sein.
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Der Schwellenamplitudenwert kann als Alternative durch einen Schwellen-Backoff-Pegel repräsentiert werden. Der Schwellen-Backoff-Pegel repräsentiert in dB, wie weit unter dem Sättigungspunkt der Schwellenamplitudenwert liegt. Der Schwellenamplitudenwert kann unter Verwendung der nachfolgend gezeigten Formel (2) aus dem Schwellen-Backoff-Pegel und dem Sättigungspunkt berechnet werden:
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Jedes Mal, wenn die Zählerschaltung 306 eine Angabe aus der Vergleichsschaltung 304 empfängt, dass ein Abtastwert den Schwellenamplitudenwert überstiegen hat, inkrementiert die Zählerschaltung 306 einen Zählerwert. Nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten genommen wurde oder eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, liefert die Zählerschaltung 306 den Zählerwert an die Zielsteuerschaltung 308 und setzt den Zählerwert dann zurück.
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Wie oben beschrieben kann in bestimmten Fällen die Vergleichsschaltung 304 ausgelegt sein zum Liefern einer Ausgabe nach jedem Abtastwert, die angibt, ob die Amplitude des Abtastwerts den Schwellenamplitudenwert übersteigt. In diesen Fällen kann die Vergleichsschaltung 304 zwei Zählerwerte umfassen. Der erste Zählerwert verfolgt die Anzahl der Abtastwerte, die den Schwellenamplitudenwert überstiegen haben. Zum Beispiel kann der erste Zählerwert jedes Mal inkrementiert werden, wenn die Zählerschaltung 306 eine Angabe empfängt, dass der Abtastwert den Schwellenamplitudenwert überstiegen hat. Der zweite Zählerwert (der Abtastwert-Zählerwert) verfolgt die Anzahl der genommenen Abtastwerte. Zum Beispiel kann der Abtastwert-Zählerwert jedes Mal inkrementiert werden, wenn die Zählerschaltung 306 eine Ausgabe aus der Vergleichsschaltung 304 empfängt. Nachdem der Abtastwert-Zählerwert eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten erreicht hat, kann die Zählerschaltung 306 ausgelegt sein zum Liefern des Zählerwerts an die Zielsteuerschaltung 308 und Rücksetzen sowohl des Zählerwerts als auch des Abtastwert-Zählerwerts.
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In anderen Fällen kann die Zählerschaltung 306 mit einer Timerschaltung konfiguriert sein, und nachdem der Timer angibt, dass ein vorbestimmter Zeitraum vergangen ist, kann die Zählerschaltung 306 ausgelegt sein zum Liefern des Zählerwerts an die Zielsteuerschaltung 308 und Rücksetzen des Zählerwerts und der Timerschaltung. In noch anderen Fällen kann die Zielsteuerschaltung 308 ausgelegt sein zum Verfolgen der Anzahl der genommenen Abtastwerte oder des Zeitraums, der vergangen ist. In Fällen, in denen die Vergleichsschaltung 304 ausgelegt ist zum Liefern einer Ausgabe nach jedem Abtastwert, die angibt, ob die Amplitude des Abtastwerts den Schwellenamplitudenwert übersteigt, kann die Zielsteuerschaltung 308 zum Beispiel ausgelegt sein zum Empfangen der Ausgabe der Vergleichsschaltung 304 und Verwenden dieser zum Verfolgen der Anzahl genommener Abtastwerte. Als Alternative kann die Zielsteuerschaltung 308 mit einer Timerschaltung konfiguriert sein, um die Zeitdauer zu bestimmen, die vergangen ist. In diesen Fällen kann, nachdem die Zielsteuerschaltung 308 bestimmt hat, dass eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten genommen wurde oder dass ein vorbestimmter Zeitraum vergangen ist, die Zielsteuerschaltung 308 ausgelegt sein zum Anfordern des Zählerwerts von der Zählerschaltung 306. Beim Empfang der Anforderung von der Zielsteuerschaltung 308 kann die Zählerschaltung 306 ausgelegt sein zum Liefern des Zählerwerts an die Zielsteuerschaltung 308 und Rücksetzen des Zählerwerts.
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Die vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten kann so ausgelegt werden, dass der Schwellenzählerwert, der von der Zielsteuerschaltung 308 verwendet wird, größer als eins ist. Da die vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten bestimmt, wie oft die Zieldurchschnittsamplitude justiert oder aktualisiert wird (und somit die Konvergenzgeschwindigkeit), kann eine Leistungsfähigkeit durch Auswählen der kleinsten annehmbaren vorbestimmten Anzahl von Abtastwerten verbessert werden.
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Nachdem die Zielsteuerschaltung 308 den Zählerwert aus der Zählerschaltung 306 empfangen hat, justiert die Zielsteuerschaltung 308 adaptiv die AGC-Zieldurchschnittsamplitude auf der Basis des Zählerwerts.
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In einigen Fällen umfasst das adaptive Justieren der AGC-Zieldurchschnittsamplitude ein Vergleichen des Zählerwerts mit einem ersten und zweiten Schwellenzählerwert. Falls der Zählerwert größer als der erste Schwellenzählerwert ist, kann die Zielsteuerschaltung 308 den Zieldurchschnittsamplitudenwert verkleinern. Falls umgekehrt der Zählerwert kleiner als der zweite Schwellenzählerwert ist, kann die Zielsteuerschaltung 308 die Zieldurchschnittsamplitude vergrößern. Falls der Zählerwert zwischen den Schwellenzählerwerten liegt oder gleich ihnen ist, kann die Zielsteuerschaltung 308 keinerlei Änderungen (Vergrößern/Verkleinern) an der Zieldurchschnittsamplitude vornehmen.
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In einigen Fällen sind der erste und zweite Schwellenwert gleich. Dementsprechend kann in diesen Fällen, falls der Zählerwert größer als der Schwellenzählerwert ist, die Zielsteuerschaltung 308 den Zieldurchschnittsamplitudenwert verkleinern. Falls umgekehrt der Zählerwert kleiner als der Schwellenzählerwert ist, kann die Zielsteuerschaltung 308 den Zieldurchschnittsamplitudenwert vergrößern. Falls der Zählerwert gleich dem Schwellenzählerwert ist, kann die Zielsteuerschaltung 308 keinerlei Änderungen (Vergrößern/Verkleinern) an der Zieldurchschnittsamplitude vornehmen.
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Der Schwellenzählerwert, der eine Verkleinerung des Zieldurchschnittsamplitudenwerts auslöst (z. B. der erste Schwellenzählerwert), kann auf der Basis des von der Vergleichsschaltung 304 verwendeten Schwellenamplitudenwerts ausgewählt werden. Zum Beispiel ist in bestimmten Fällen, je näher der Schwellenamplitudenwert dem ADC-Sättigungspunkt ist, der Schwellenzählerwert umso niedriger. Je weiter der Schwellenamplitudenwert von dem ADC-Sättigungspunkt liegt, umso höher ist umgekehrt der Schwellenzählerwert.
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Ein kleinerer Schwellenamplitudenwert (und somit ein höherer Schwellenzählerwert) kann schneller konvergieren. Umgekehrt kann ein höherer Schwellenamplitudenwert (und somit ein kleinerer Schwellenzählerwert) mehr Zeit zum Konvergieren brauchen, kann aber eine genauere Schätzung der Anzahl von Abtastwerten, die den ADC wahrscheinlich sättigen, produzieren. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein Auswählen eines zu niedrigen Werts für den Schwellenzählerwert ein asymmetrisches Verhalten der Zieldurchschnittsamplitude verursachen kann. Speziell kann das Auswählen eines zu niedrigen Werts für den Schwellenzählerwert bewirken, dass die Zieldurchschnittsamplitude schneller zunimmt, als sie abnimmt, so dass sie auf einen anderen Wert als erwartet konvergiert und die Schleife rauschbehafteter wird.
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In einigen Fällen kann der Schwellenzählerwert als Prozentsatz der Anzahl genommener Abtastwerte ausgedrückt werden. Der Schwellenzählerwert kann dann aus der nachfolgend gezeigten Gleichung (3) aus dem Prozentsatzwert berechnet werden: Schwellenzählerwert = X· Prozentsatz / 100 (3) wobei X die vorbestimmte Anzahl genommener Abtastwerte ist.
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Der Schwellenamplitudenwert (und der entsprechende Schwellenzählerwert) können auf der Basis der Anwendung, in der der ADC verwendet wird, ausgewählt werden. Zum Beispiel können bestimmte Anwendungen eine schnelle Konvergenz erfordern, während andere eine genauere Schätzung der Anzahl von wahrscheinlich den ADC sättigenden Abtastwerten erfordern können.
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In einem beispielhaften Fall kann, wenn der ADC in einem Fernsehempfänger verwendet wird, ein Schwellen-Backoff-Pegel von 1,6 dB verwendet werden. Dies produziert ein genaues Ergebnis mit vernünftiger Konvergenzgeschwindigkeit. Dementsprechend kann unter Verwendung von Formel (2), wenn der Sättigungspunkt des ADC 2048 mV ist, ein Schwellenamplitudenwert von 1704 mV verwendet werden, um einen Schwellen-Backoff-Pegel von 1,6 dB zu erzielen. In diesem Beispiel kann der Schwellenzählerwert so gesetzt werden, dass die AGC-Zieldurchschnittsamplitude verkleinert wird, wenn 0,02% der Abtastwerte den Schwellenamplitudenwert übersteigen.
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In einigen Fällen können die Vergleichsschaltung 304, die Zählerschaltung 306 und/oder die Zielsteuerschaltung 308 digital implementiert werden. In diesen Fällen können die Vergleichsschaltung 304, die Zählerschaltung 306 und/oder die Zielsteuerschaltung 308 unter Verwendung einer oder mehrerer digitaler Signalverarbeitungs- bzw. DSP-Einheiten, einer oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen bzw. ASIC, einer beliebigen anderen geeigneten digitalen Technologie oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden.
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In einigen Fällen kann statt der Verwendung durchwegs eines einzigen Schwellenamplitudenwerts die AGC-Schleife 300 ausgelegt werden, einen ersten niedrigen Schwellenamplitudenwert zur Erreichung von schneller Konvergenz zu verwenden und dann nach einem vorbestimmten Zeitraum zu einem zweiten höheren Schwellenamplitudenwert zu wechseln, um eine genauere AGC-Zieldurchschnittsamplitude zu erzielen. Der vorbestimmte Zeitraum, in dem die erste niedrige Schwellenamplitude verwendet wird, wird so gewählt, dass der Zieldurchschnittsamplitude Zeit zum Konvergieren gegeben wird. Zum Beispiel können anfänglich eine erste niedrige Schwellenamplitude von 3,0 dB Backoff vom ADC-Sättigungspunkt und ein 0,1-%-Schwellenzählerwert verwendet werden, und dann, nachdem der vorbestimmte Zeitraum vergangen ist, können eine zweite niedrige Schwellenamplitude von 1,6 dB Backoff vom ADC Sättigungspunkt und ein 0,02-%-Schwellenzählerwert verwendet werden.
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Es wird nun auf 4 Bezug genommen, die das ADC-Quantisierungsrauschen (dargestellt durch den SNR am Ausgang des ADC) 402 als Funktion des ADC-Backoff-Pegels für ein Eingangssignal mit Gaußscher Amplitudenverteilung darstellt. Der ADC-Backoff-Pegel repräsentiert die Differenz zwischen dem Sättigungspunkt und dem RMS-(Effektiv-)Wert des ADC-Eingangssignals in dB. Der ADC-Backoff-Pegel kann unter Verwendung von Gleichung (4) aus dem Sättigungspunkt und dem RMS des ADC-Eingangssignals berechnet werden: ADC – Backoff – PegeldB = 20log10 Sättigungspunkt / ADC – Eingangssignal RMS (4)
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Wenn der ADC-Backoff-Pegel zunimmt, nehmen der Schwellenamplitudenwert und die Amplitude des verstärkungsjustierten Signals 110 ab. Aus 4 ist zu sehen, dass der SNR auf der linken Seite steil abfällt (d. h. das Quantisierungsrauschen zunimmt), wenn der ADC-Backoff-Pegel aufgrund von Sättigung des ADC von 13 dB vermindert wird; dagegen fällt er nur allmählich ab, wenn der ADC-Backoff-Pegel von 13 dB vergrößert wird. Dementsprechend wird im Idealfall der ADC-Backoff-Pegel so hoch wie möglich gewählt, ohne eine sichtbare Verschlechterung aufgrund von ADC-Sättigung zu verursachen. Im in 4 gezeigten Fall beträgt der ideale ADC-Backoff-Pegel 13 dB.
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Es ist zu beachten, dass die in 4 gezeigte Kurve für ein Eingangssignal mit Gaußscher Amplitudenverteilung spezifisch ist und ein Signal mit einer anderen Amplitudenverteilung eine andere SNR-Kurve produzieren würde.
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Es wird nun auf 5 Bezug genommen, in der ein Verfahren 500 zum dynamischen Justieren der AGC-Zieldurchschnittsamplitude dargestellt ist. Im Schritt 502 wird ein Zählerwert rückgesetzt. Wie oben beschrieben, wird der Zählerwert verwendet, um die Anzahl der Abtastwerte zu zählen, bei denen die Amplitude einen Schwellenamplitudenwert übersteigt. Nachdem der Zählerwert zurückgesetzt wurde, schreitet das Verfahren 500 zum Schritt 504 voran.
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Im Schritt 504 wird das vom ADC 104 ausgegebene Digitalsignal 112 abgetastet. Das Digitalsignal 112 kann von einer Vergleichsschaltung, wie etwa der Vergleichsschaltung 304 von 3, abgetastet werden. Nachdem das Digitalsignal 112 abgetastet wurde, schreitet das Verfahren 500 zum Schritt 506 voran.
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Im Schritt 506 wird bestimmt, ob die Amplitude des im Schritt 504 genommenen Abtastwerts größer als ein Schwellenamplitudenwert ist. Die Bestimmung kann von einer Vergleichsschaltung, wie etwa der Vergleichsschaltung 304 von 3, durchgeführt werden, die die Amplitude des Abtastwerts mit dem Schwellenamplitudenwert vergleicht. Falls die Amplitude des Abtastwerts größer als der Schwellenamplitudenwert ist, schreitet das Verfahren 500 zum Schritt 508 voran. Falls die Amplitude des Abtastwerts jedoch nicht größer als der Schwellenamplitudenwert ist, schreitet das Verfahren zum Schritt 510 voran.
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Im Schritt 508 wird der Zählerwert inkrementiert. In einigen Fällen kann der Zählerwert von einer Zählerschaltung, wie etwa der Zählerschaltung 306 von 3, inkrementiert werden, wenn sie eine Angabe aus einer Vergleichsschaltung, wie etwa der Vergleichsschaltung 304 von 3, empfängt, dass der Abtastwert den Schwellenamplitudenwert übersteigt. Nachdem der Zählerwert inkrementiert wurde, schreitet das Verfahren zum Schritt 510 voran.
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Im Schritt 510 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten genommen wurde. In bestimmten Fällen kann eine Zählerschaltung, wie etwa die Zählerschaltung 306, ausgelegt sein zum Bestimmen, wann die vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten genommen wurde. In anderen Fällen kann eine Zielsteuerschaltung, wie etwa die Zielsteuerschaltung 308, ausgelegt sein zum Bestimmen, wann die vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten genommen wurde. Falls nicht die vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten genommen wurde, schreitet das Verfahren zum Schritt 504 zurück. Falls die vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten jedoch genommen wurde, schreitet das Verfahren 500 zum Schritt 512 voran.
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Im Schritt 512 wird auf der Basis des Zählerwerts eine neue AGC-Zieldurchschnittsamplitude berechnet. In einigen Fällen berechnet eine Zielsteuerschaltung, wie etwa die Zielsteuerschaltung 308 von 3, die neue AGC-Zieldurchschnittsamplitude beim Empfang des Zählerwerts aus einer Zählerschaltung, wie etwa der Zählerschaltung 306 von 3.
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Falls der Zählerwert größer als ein Schwellenzählerwert ist, wird in einigen Fällen die AGC-Zieldurchschnittsamplitude verkleinert. Falls umgekehrt der Zählerwert kleiner als der Schwellenzählerwert ist, wird die AGC-Zieldurchschnittsamplitude vergrößert. Falls der Zählerwert gleich dem Schwellenzählerwert ist, wird die AGC-Zieldurchschnittsamplitude nicht geändert.
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In einigen Fällen umfasst ein Berechnen des neuen AGC-Zielwerts, zuerst ein Berechnen eines Fehlerwerts, der die Differenz zwischen dem Schwellenzählerwert und dem Zählerwert repräsentiert.
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Zum Beispiel kann der Fehlerwert gemäß der nachfolgend gezeigten Formel (5) berechnet werden: Fehler = Schwellenzählerwert – Zählerwert (5)
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Nachdem der Fehlerwert berechnet wurde, kann die neue AGC-Zieldurchschnittsamplitude gemäß der nachfolgend gezeigten Formel (6) berechnet werden: neues AGC-Ziel = aktuelles AGC-Ziel + k·Fehler (6) wobei Fehler der aus Gleichung (5) berechnete Fehlerwert und k die Schleifenverstärkung (z. B. k = 1/64) ist. Wie Fachleuten bekannt ist, ist die Schleifenverstärkung ein Maß für die Verstärkung eines durch eine Rückkopplungsschleife gesteuerten Systems. In Verstärkern mit Rückkopplung ist die Schleifenverstärkung das Produkt der Verstärkung der Rückkopplungsschleife und des Rückkopplungsfaktors in dieser Schleife. Die Schleifenverstärkung steuert, wie viel Änderung durch den Regelwert (die AGC-Zieldurchschnittsamplitude) implementiert wird.
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Außerdem steuert sie den Kompromiss in der Rückkopplungsschleife zwischen dem Restrauschpegel und der Verfolgungs-(und Konvergenz-)geschwindigkeit der Schleife. Größere Schleifenverstärkungen ergeben schnellere Verfolgungs-(und Konvergenz-)geschwindigkeit, produzieren aber rauschbehaftetere Ergebnisse. Umgekehrt ergeben kleinere Schleifenverstärkungen ein langsameres Verfolgen (Konvergenz), produzieren aber genauere Ergebnisse. Nachdem die neue AGC-Zieldurchschnittsamplitude berechnet wurde, wird sie der AGC-Schaltung 106 zugeführt, und das Verfahren 500 schreitet zu Schritt 502 zurück.
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Die Ausdrücke 'Prozessor' und 'Computer werden hier als Verweis auf eine beliebige Vorrichtung mit Verarbeitungsfähigkeit benutzt, dergestalt, dass sie Anweisungen ausführen kann. Fachleute werden erkennen, dass solche Verarbeitungsfähigkeiten in viele verschiedene Einrichtungen integriert sind und deshalb der Ausdruck 'Computer' Set Top Boxes, Medien-Player, Digitalradios, PCs, Server, Mobiltelefone, Personal Digital Assistants und viele andere Vorrichtungen umfasst.
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Für Fachleute ist erkennbar, dass zum Speichern von Programmanweisungen benutzte Speichervorrichtungen über ein Netz verteilt sein können. Zum Beispiel kann ein entfernter Computer ein Beispiel für den als Software beschriebenen Prozess speichern. Ein lokaler oder Terminal-Computer kann auf den entfernten Computer zugreifen und die Software ganz oder teilweise herunterladen, um das Programm auszuführen. Als Alternative kann der lokale Computer Stücke der Software je nach Bedarf herunterladen oder bestimmte Softwareanweisungen in dem lokalen Terminal und bestimmte in dem entfernten Computer (oder Computernetz) ausführen. Für Fachleute ist außerdem erkennbar, dass durch Benutzung von Fachleuten bekannten herkömmlichen Techniken die Softwareanweisungen ganz oder teilweise durch eine dedizierte Schaltung, wie etwa einen DSP, ein programmierbares Logikarray oder dergleichen, ausgeführt werden können.
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Jeder Bereich oder Einrichtungswert, der hier angegeben wird, kann erweitert oder geändert werden, ohne den gewünschten Effekt zu verlieren, wie für Fachleute erkennbar ist.
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Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Nutzen und Vorteile eine Ausführungsform oder mehrere Ausführungsformen betreffen können. Die Ausführungsformen sind nicht auf die beschränkt, die irgendwelche oder alle der angegebenen Probleme lösen, oder auf die, die irgendwelche oder alle der angegebenen Nutzen und Vorteile aufweisen.
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Jede Erwähnung 'eines' Elements bezieht sich auf eines oder mehrere dieser Elemente. Der Ausdruck 'umfassend' wird hier so verwendet, dass er die identifizierten Verfahrensblöcke oder -elemente umfasst, aber solche Blöcke oder Elemente keine exklusive Liste umfassen und ein Verfahren oder eine Vorrichtung zusätzliche Blöcke oder Elemente enthalten kann.
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Die Schritte der Verfahren, die hier beschrieben werden, können in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge oder gegebenenfalls gleichzeitig ausgeführt werden. Zusätzlich können einzelne Blöcke aus beliebigen der Verfahren gelöscht werden, ohne vom Gedanken und Schutzumfang des hier beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Aspekte beliebiger der oben beschriebenen Beispiele können mit Aspekten beliebiger der anderen beschriebenen Beispiele kombiniert werden, um weitere Beispiele zu bilden, ohne den gewünschten Effekt zu verlieren. Wo Elemente der Figuren von Pfeilen verbunden gezeigt sind, versteht sich, dass diese Pfeile nur einen beispielhaften Fluss der Kommunikation (einschließlich Daten- und Steuernachrichten) zwischen Elementen zeigen. Der Fluss zwischen Elementen kann in jeder Richtung oder in beiden Richtungen erfolgen.
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Es versteht sich, dass die obige Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform lediglich als Beispiel angegeben wird und dass verschiedene Modifikationen von Fachleuten vorgenommen werden können. Obwohl oben verschiedene Ausführungsformen mit einem bestimmten Grad an Genauigkeit oder mit Bezug auf eine oder mehrere einzelne Ausführungsformen beschrieben wurden, könnten Fachleute zahlreiche Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vornehmen, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.