KR100850777B1 - Method of converting analog to digital with enhanced resolution by oversampling - Google Patents
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Abstract
오버샘플링에 의해 해상도를 향상시킨 아날로그-디지털 변환방법이 개시된다. 본 발명에 의한 아날로그-디지털 변환방법은 기준 클럭의 N(N은 2 이상의 자연수)배의 주파수를 갖는 오버샘플링 클럭을 발생시키는 단계와, 오버샘플링 클럭에 동기하여, 기준 클럭의 매 주기마다 아날로그 입력신호를 M(M은 2 이상의 자연수)개 샘플링 하고 양자화 한 후, M개의 디지털 값으로 변환하는 단계와, M개의 디지털 값 각각에 대한 가중치를 결정하는 단계, 및 M개의 디지털 값과 가중치에 기초하여 하나의 디지털 코드를 결정하는 단계를 포함한다.An analog-to-digital conversion method having improved resolution by oversampling is disclosed. Analog-to-digital conversion method according to the present invention comprises the steps of generating an oversampling clock having a frequency of N (N is a natural number of 2 or more) of the reference clock, and in accordance with the oversampling clock, the analog input every cycle of the reference clock Sampling and quantizing M signals, where M is a natural number of two or more, and converting the signals into M digital values, determining weights for each of the M digital values, and based on M digital values and weights. Determining one digital code.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환방법을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.1 is a diagram schematically showing an analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기의 구조를 나타낸 블록 다이어그램이다.2 is a block diagram showing the structure of an analog-to-digital converter for performing an analog-to-digital conversion according to an embodiment of the present invention.
도 3은 전압제어 발진기의 지연 스테이지의 각 출력단에서 출력되는 발진신호를 나타낸 파형도이다.3 is a waveform diagram illustrating an oscillation signal output from each output terminal of a delay stage of a voltage controlled oscillator.
도 4는 기준 발진신호와 기준 클럭 및 오버샘플링 클럭를 비교한 파형도이다.4 is a waveform diagram comparing a reference oscillation signal with a reference clock and an oversampling clock.
도 5는 제1 구간의 위상변화량의 검출과정을 설명하기 위한 파형도이다.5 is a waveform diagram illustrating a detection process of a phase change amount in a first section.
도 6은 제2 구간의 위상변화량의 검출과정을 설명하기 위한 파형도이다.6 is a waveform diagram illustrating a detection process of a phase change amount in a second section.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an analog-digital conversion method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 아날로그-디지털 변환 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 샘플-앤-홀드 회로를 사용하지 않으면서도 오버샘플링 테크닉을 이용하여 해상도를 향상시키는 아날로그-디지털 변환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an analog-to-digital conversion method, and more particularly, to an analog-to-digital conversion method for improving resolution using an oversampling technique without using a sample-and-hold circuit.
아날로그-디지털 변환기의 일반적으로 사용되는 샘플-앤-홀드 회로(Sample and Hold Circuit)는 보통 연산 증폭기(OP-AMP)를 사용하므로써 전력소모를 증가시키고 면적을 많이 차지한다. 그러나 만약 샘플-앤-홀드 회로를 제거하게 되면, 샘플링 주기 동안의 입력의 평균값이 디지털 값으로 변형되게 되는데 아날로그 입력이 선형적이지 못하므로 해상도가 떨어지게 된다.Sample-and-hold circuits commonly used in analog-to-digital converters typically use op-amps to increase power consumption and occupy a large area. However, if the sample-and-hold circuit is removed, the average value of the input during the sampling period will be transformed into a digital value, which will degrade the resolution since the analog input is not linear.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 아날로그-디지털 변환기에 샘플-앤-홀드 회로를 없앰으로써 저하되는 해상도를 향상시키기 위해 오버샘플링에 의한 아날로그-디지털 변환방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide an analog-to-digital conversion method by oversampling to improve the resolution is reduced by eliminating the sample-and-hold circuit in the analog-to-digital converter.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환방법은 기준 클럭의 N(N은 2 이상의 자연수)배의 주파수를 갖는 오버샘플링 클 럭을 발생시키는 단계와, 상기 오버샘플링 클럭에 동기하여, 기준 클럭의 매 주기마다 아날로그 입력신호를 M(M은 2 이상의 자연수)개 샘플링 하고 양자화 한 후, M개의 디지털 값으로 변환하는 단계와, 상기 M개의 디지털 값 각각에 대한 가중치를 결정하는 단계, 및 상기 M개의 디지털 값과 상기 가중치에 기초하여 하나의 디지털 코드를 결정하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of generating an oversampling clock having a frequency of N (N is a natural number of 2 or more) of the reference clock, and the oversampling In synchronization with the clock, sampling and quantizing M analog input signals (M is a natural number of 2 or more) every cycle of the reference clock, converting the M digital values into M digital values, and weighting each of the M digital values. Determining, and determining one digital code based on the M digital values and the weight.
상기 오버샘플링 클럭을 발생시키는 단계는 상기 오버샘플링 클럭을 지연 고정 루프(Delay Locked Loop)를 이용하여 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the oversampling clock may include locking the oversampling clock using a delay locked loop.
상기 M개의 디지털 값으로 변환하는 단계는 오버샘플링 클럭의 연속된 M개의 상승 모서리에 동기하여 상기 아날로그 신호를 M개 샘플링하는 단계를 포함할 수 있다.The converting into M digital values may include sampling M analog signals in synchronization with M consecutive rising edges of an oversampling clock.
상기 M개의 디지털 값으로 변환하는 단계는 상기 아날로그 입력신호에 상응하여 전압제어 발진기에 포함된 복수의 지연 스테이지의 각 출력단으로 서로 위상차가 있는 복수의 발진신호들을 출력하는 단계와, 상기 오버샘플링 클럭에 동기하여, 상기 복수의 발진신호들의 위상변화량들을 상기 기준 클럭의 매 주기마다 M번 검출하는 단계, 및 상기 M번 검출된 위상변화량들 각각에 기초하여 M개의 디지털 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The converting into M digital values may include outputting a plurality of oscillation signals having a phase difference from each other to output terminals of a plurality of delay stages included in a voltage controlled oscillator corresponding to the analog input signal, and outputting the plurality of oscillation signals to the oversampling clock. Synchronously, detecting phase shift amounts of the plurality of oscillation signals every M cycles of the reference clock, and determining M digital values based on each of the M phase detected phase shifts. have.
상기 위상변화량를 M번 검출하는 단계는 상기 복수의 발진신호들에 기초하여, 상기 오버샘플링 클럭의 매 주기 시작 시점부터, 상기 오버샘플링 클럭의 매 주기 동안 첫 번째로 나타나는 기준 발진신호의 상승 모서리까지의 제1 위상변화량을 M번 검출하는 단계와, 상기 복수의 발진신호들에 기초하여, 상기 오버샘플링 클 럭의 매 주기 동안 마지막으로 나타나는 상기 기준 발진신호의 상승 모서리부터, 상기 오버샘플링 클럭의 매 주기 끝 시점까지의 제2 위상변화량을 M번 검출하는 단계, 및 상기 오버샘플링 클럭의 매 주기 동안 첫 번째로 나타나는 상기 기준 발진신호의 상승 모서리부터, 마지막으로 나타나는 상승 모서리까지의 제3 위상변화량을 M번 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting of the phase change amount M times may be performed based on the plurality of oscillation signals, from the start point of every cycle of the oversampling clock to the rising edge of the first reference oscillation signal during the first cycle of the oversampling clock. Detecting a first phase change amount M times, and every cycle of the oversampling clock from the rising edge of the reference oscillation signal last appearing during each period of the oversampling clock based on the plurality of oscillation signals; Detecting the second phase change amount up to an end point M times; and a third phase change amount from the rising edge of the reference oscillation signal first appearing during every period of the oversampling clock to the last rising edge M; And detecting once.
상기 M개의 가중치를 결정하는 단계는 상기 기준 클럭의 매 주기 시작 시점과 오버샘플링 되는 시점을 비교하여 상기 기준 클럭의 매 주기 시작 시점보다 가까운 시점에서 오버샘플링 되는 신호에 대한 가중치를 상기 기준 클럭의 매 주기 시작 시점보다 먼 시점에서 오버샘플링 되는 신호에 대한 가중치보다 더 크게 결정할 수 있다.The determining of the M weights may be performed by comparing the starting point of each cycle of the reference clock with the time of oversampling, and comparing the weight of the oversampled signal with the weight of the overclocked signal at a time closer to the starting point of each cycle of the reference clock. It may be determined that the weight is greater than the weight for the oversampled signal at a point far from the start of the cycle.
상기 하나의 디지털 코드를 결정하는 단계는 상기 M개의 디지털 값과 각 가중치와의 가중합으로 하나의 디지털 코드를 결정할 수 있다.The determining of the one digital code may determine one digital code by a weighted sum of the M digital values and each weight.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환방법을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.1 is a diagram schematically showing an analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention.
도 1은 기준 클럭(REFCLK)과 기준 클럭의 주파수의 정수배의 주파수를 가지는 오버샘플링 클럭(OVERCLK)를 나타낸다. 본 발명의 일실시예에서 전압제어 발진기를 이용한 오버샘플링 방법은 기존에 델타-시그마 아날로그-디지털 변환기(Delta-Sigma ADC)에서 사용되는 오버 샘플링과는 달리 동일 샘플링의 한 주기동 안 아날로그-디지털 변환을 여러번 하는 것이다. 본 발명의 실시예에서는 4배 주파수를 가지는 오버샘플링 클럭을 이용하는 과정을 보여준다. 기준 클럭(REFCLK)의 R1 시점에서 아날로그 입력신호(ANALOG SIGNAL)를 샘플링하기 위해서 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 L1, L2, L3, L4, L5 시점에서 아날로그 입력신호를 각각 샘플링하여 샘플링한 값에 가중치를 둔 가중합으로 R1 시점의 디지털 값을 결정하게 된다. 기준 클럭(REFCLK)의 R1 시점의 디지털값을 결정하기 위해, 오버샘플링 클럭에 동기하여 L1, L2, L3, L4, L5 시점에서 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 값으로 변환한 값이 각각 a, b, c, d, e 라고 할 때, 가중합인 a*1+b*3+c*5+d*3+e*1을 최종적인 디지털 값으로 정할 수 있다. 이 때, 기준 클럭인 R1 시점에 가까운 시점(L3)에서 샘플링 된 값에 대한 가중치를 R1 시점보다 먼 시점(L1, L5)에서 샘플링 된 값에 대한 가중치보다 더 크게 하는 것이 해상도를 향상시키는데 효과적일 수 있다.1 illustrates an oversampling clock OVERCLK having a frequency that is an integer multiple of the reference clock REFCLK and the frequency of the reference clock. In one embodiment of the present invention, the oversampling method using a voltage controlled oscillator is analog to digital conversion during one period of the same sampling, unlike the conventional oversampling used in a delta-sigma analog-to-digital converter (Delta-Sigma ADC). Will be done many times. An embodiment of the present invention shows a process of using an oversampling clock having four times the frequency. In order to sample the analog input signal (ANALOG SIGNAL) at the R1 point of the reference clock (REFCLK), the analog input signal is sampled at the L1, L2, L3, L4, and L5 points of the oversampling clock (OVERCLK) and weighted to the sampled value. The weighted sum of determines the digital value at time R1. In order to determine the digital value at the time point R1 of the reference clock REFCLK, an analog signal is sampled at the time points L1, L2, L3, L4, and L5 in synchronization with the oversampling clock and converted into a digital value, respectively. When c, d, and e, the weighted sum a * 1 + b * 3 + c * 5 + d * 3 + e * 1 can be defined as the final digital value. In this case, it is effective to improve the resolution by making the weight of the value sampled at the point L3 close to the reference clock R1 larger than the weight of the value sampled at the points L1 and L5 farther than the point R1. Can be.
본 발명의 실시예에서는 기준 클럭(REFCLK) 주파수의 4배의 주파수를 가지는 오버샘플링 클럭(OVERCLK)을 사용하고 기준 클럭의 샘플링 시점보다 5배 많은 시점에서 샘플링하지만 이와 같은 비율들은 실시예에 따라서 변화시킬 수 있다.In an embodiment of the present invention, an oversampling clock (OVERCLK) having a frequency four times the frequency of the reference clock (REFCLK) is used and sampled at five times as many times as the sampling time of the reference clock. You can.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기의 구조를 나타낸 블록 다이어그램이다.2 is a block diagram showing the structure of an analog-to-digital converter for performing an analog-to-digital conversion according to an embodiment of the present invention.
도 2을 참조하면, 아날로그-디지털 변환기는 입력전압에 비례하여 발진신호를 생성하는 전압제어 발진기(210)와 전압제어 발진기(210)가 출력하는 발진신호의 위상변화량를 검출하여 위상변화량에 대응되는 디지털코드를 출력하는 위상변화량 검출부(220)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the analog-digital converter detects a phase change amount of an oscillation signal output by a voltage controlled
본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환방법은 아날로그 값을 양자화 하기 위해 전압제어 발진기(210)를 이용한다. 전압제어 발진기(210)내에 포함된 지연 스테이지의 수에 따라서 양자화 되는 단위의 크기가 결정될 수 있다. 전압제어 발진기에(210)에는 4개 지연 스테이지가 포함되어 있으며 각 지연 스테이지는 입력신호를 반전하여 출력하는 완전 차동 링 오실레이터(Fully Differential Ring Oscillator)로 구현될 수 있다. 따라서 4개의 지연 스테이지에서 모두 8개의 출력단을 가지며 각 출력단에서 출력되는 8개의 발진신호는 각각 지연 스테이지의 전파지연(Propagation Delay)만큼 위상차가 생기게 된다. 실시예에 따라서 전압제어 발진기의 종류나 지연 스테이지의 수는 달라질 수 있다. 전압 제어발진기(210)는 입력전압에 비례한 주파수를 갖는 발진신호를 출력하기 때문에 위상변화량 검출부(220)를 통해 발진신호의 주파수를 검출하는 방식으로 아날로그-디지털 변환이 가능하다. 주파수는 일정 시간동안의 위상변화량과 비례하므로 주파수 대신 위상변화량를 검출하여도 동일한 기능을 수행할 수 있다. 이하, 주파수라는 용어 대신 위상변화량이라는 용어를 사용하여 설명한다.Analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention uses a voltage controlled
위상변화량 검출부(220)는 전압제어 발진기(210)가 출력하는 발진신호의 위상변화량를 검출하여 위상변화량에 대응되는 디지털코드를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에서는 높은 해상도을 얻기 위해 전압제어 발진기(210) 각 출력단에서 모두 발진신호를 검출한다.The phase
위상변화량 검출부(220)는 제1 검출부(221), 제2 검출부(222), 제3 검출 부(223), 및 위상정보 합성부(224)를 포함할 수 있다. 제1 검출부(221), 제2 검출부(222), 및 제3 검출부(223)는 전압제어 발진기(210)가 출력하는 발진신호의 위상변화량을 부분적으로 검출하여 위상정보를 위상정보 합성부(224)에 제공하고, 위상정보 합성부(224)는 제1 검출부(221), 제2 검출부(222), 및 제3 검출부(223)의 위상정보를 종합하여 최종적인 디지털코드를 생성하여 출력한다.The
도 3은 전압제어 발진기의 지연 스테이지의 각 출력단에서 출력되는 발진신호를 나타낸 파형도이다.3 is a waveform diagram illustrating an oscillation signal output from each output terminal of a delay stage of a voltage controlled oscillator.
도 3을 참조하면, 전압제어 발진기에 포함된 다수의 지연 스테이지 각 출력단은 단위 지연시간(TD) 만큼 서로 위상차가 있는 복수의 발진신호들(OSC1~OSC8)을 출력한다. 복수의 발진신호들(OSC1~OSC8) 중 하나를 기준 발진신호(OSC1)로 선택하면 나머지 발진신호들(OSC2~OSC8)은 각각 이전 발진신호에 비해 단위 지연시간(TD) 만큼의 위상차가 있다.Referring to FIG. 3, each output stage of the plurality of delay stages included in the voltage controlled oscillator outputs a plurality of oscillation signals OSC1 to OSC8 having a phase difference from each other by a unit delay time TD. When one of the plurality of oscillation signals OSC1 to OSC8 is selected as the reference oscillation signal OSC1, the remaining oscillation signals OSC2 to OSC8 have a phase difference of a unit delay time TD compared to the previous oscillation signal, respectively.
도 4는 기준 발진신호(OSC1)와 기준 클럭(REFCLK) 및 오버샘플링 클럭(OVERCLK)를 비교한 파형도이다.4 is a waveform diagram comparing a reference oscillation signal OSC1 with a reference clock REFCLK and an oversampling clock OVERCLK.
오버 샘플링 클럭(OVERCLK)은 기준 클럭(REFCLK)의 정수배의 주파수를 가지는데, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예의 의한 방법은 4배의 주파수를 가지는 오버샘플링 클럭(OVERCLK)을 사용하였다. 기준 클럭(REFCLK)이란 주파수 체배기(Frequency Multiflier)를 통해서 오버샘플링 클럭(OVERCLK)를 발생시키기 위한 실제의 물리적 클럭일 수도 있고, 단지, 디지털 코드값이 출력되는 시간적 비율을 나타내는 가상적 의미일 수도 있다. 오버샘플링 클럭(OVERCLK)은 발생시키기 위 해서는 신호를 등간격으로 딜레이시킬 수 있는 회로가 필요한데, 지터(Jitter) 특성이 좋은 지연 고정 루프(Delay Locked Loop)를 이용하여 오버샘플링 클럭을 발생시키는 것이 효과적일 수 있다. The oversampling clock OVERCLK has an integer multiple of the frequency of the reference clock REFCLK. Referring to FIG. 4, the method according to an embodiment of the present invention uses an oversampling clock OVERCLK having a frequency of four times. . The reference clock REFCLK may be an actual physical clock for generating an oversampling clock OVERCLK through a frequency multiplier, or may be a virtual meaning indicating a time ratio at which a digital code value is output. In order to generate the oversampling clock (OVERCLK), a circuit capable of delaying the signals at equal intervals is required. It is effective to generate an oversampling clock using a delay locked loop having a good jitter characteristic. Can be.
기준 클럭(REFCLK)에 동기하여 기준 클럭(REFCLK)의 매 주기에 하나의 아날로그 데이터를 샘플링하던 일반적 방식과 달리 오버샘플링 클럭(OVERCLK)에 동기하여 기준 클럭(REFCLK)의 매 주기동안 정수배의 아날로그 데이터를 샘플링한 후 이들 복수의 샘플링값으로부터 하나의 출력값을 결정하게 된다.Unlike the general method of sampling one analog data in every cycle of the reference clock REFCLK in synchronization with the reference clock REFCLK, an integer multiple of the analog data in every cycle of the reference clock REFCLK in synchronization with the oversampling clock OVERCLK. After sampling, one output value is determined from the plurality of sampling values.
도 4에서 기준 클럭(REFCLK)의 매 주기동안 오버샘플링 클럭(OVERCLK)은 4주기가 반복된다. 기준 클럭과 오버샘플링 클럭의 주파수 비율과 기준 클럭의 매 주기당 아날로그 신호의 검출 횟수는 반드시 동일할 필요는 없으므로 본 발명의 실시예에서는 위상 변화량을 5번 검출할 경우를 설명한다. 오버샘플링 클럭(OVERCLK)에 동기하여 샘플링하기 위해 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 매 주기 동안(PD1~PD5)의 발진신호의 위상변화량을 검출한다. 따라서 기준 클럭(REFCLK)의 한 주기 동안 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 각 주기(PD1~PD5)에 해당하는 발진신호의 위상변화량을 5번 검출한다. In FIG. 4, four periods of the oversampling clock OVERCLK are repeated during each period of the reference clock REFCLK. Since the frequency ratio of the reference clock and the oversampling clock and the number of times of detecting the analog signal per cycle of the reference clock are not necessarily the same, an embodiment of the present invention will be described in the case where the amount of phase change is detected five times. In order to sample in synchronization with the oversampling clock OVERCLK, a phase change amount of the oscillation signal is detected during each period (PD1 to PD5) of the oversampling clock OVERCLK. Therefore, the phase change amount of the oscillation signal corresponding to each period PD1 to PD5 of the oversampling clock OVERCLK is detected five times during one period of the reference clock REFCLK.
이하, 오버샘플링 클럭(CLK)의 다섯 주기(PD1~PD5) 중 세 번째 주기(PD3)에서 위상변화량을 검출하는 과정 예로 들어 설명한다. 나머지 주기동안의(PD1, PD2, PD4, PD5)의 위상변화량도 동일한 방법으로 검출할 수 있다.Hereinafter, an example of a process of detecting a phase change amount in the third period PD3 of the five periods PD1 to PD5 of the oversampling clock CLK will be described. The amount of phase change of the remaining periods (PD1, PD2, PD4, PD5) can also be detected by the same method.
세 번째 주기(PD3)내에는 기준 발진신호(OSC1)의 상승 모서리가 존재하게 되므로, 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 매 주기 시작 시점과 기준 발진신호(OSC1)의 첫 번째 상승 모서리 사이의 구간인 제1 구간(PH1), 기준 발진신호(OSC1)의 마지막 상승 모서리와 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 매 주기 끝 시점 사이의 구간인 제2 구간(PH2), 기준 발진신호(OSC1)의 첫 번째 상승모서리와 마지막 상승 모서리 사이의 구간인 제3 구간(PH3) 구간으로 나눌 수 있다. 따라서 제1 구간(PH1), 제2 구간(PH2), 및 제3 구간(PH3)을 모두 합하면 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 한 주기(PD3)가 된다. 도 2에서의 제1 검출부(221), 제2 검출부(222), 및 제3 검출부(223)에서 각각 제1 구간(PH1), 제2 구간(PH2), 및 제3 구간(PH3)에서의 기준 발진신호(OSC1)의 위상변화량을 검출하고, 도 2의 위상정보 합성부(224)에서 제1 구간(PH1), 제2 구간(PH2), 및 제3 구간(PH3)의 위상변화량을 합하면 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 한 주기(PD3)동안의 기준 발진신호의 위상변화량이 검출된다. 제3 구간(PH3)의 위상변화량은 제3 검출부(223)에 포함된 카운터를 이용하여, 오버샘플링 클럭(OVERCLK)의 한 주기(PD3)동안 기준 발진신호의 상승 모서리를 계수하여 검출할 수 있다. 만약 위상검출 단위구간(PD3) 동안 기준 발진신호(OSC1)의 상승모서리가 K 개 검출되었다면 위상변화량은 360도×(K-1)이 된다. 360ㅀ의 위상변화량은 편의상 수치 8로 표현한다면 수치 8×(K-1)로 나타낼 수도 있다.Since the rising edge of the reference oscillation signal OSC1 is present in the third period PD3, the first edge of the interval between the start point of every cycle of the oversampling clock OVERCLK and the first rising edge of the reference oscillation signal OSC1. 1 section PH1, the first rising edge of the second section PH2, the reference oscillation signal OSC1, which is a section between the last rising edge of the reference oscillation signal OSC1 and the end point of every cycle of the oversampling clock OVERCLK. And a third section (PH3) section which is a section between the last rising edge. Therefore, when the first period PH1, the second period PH2, and the third period PH3 are added together, one period PD3 of the oversampling clock OVERCLK is obtained. In the
도 5는 제1 구간의 위상변화량의 검출과정을 설명하기 위한 파형도이다.5 is a waveform diagram illustrating a detection process of a phase change amount in a first section.
도 5에는 기준 발진신호(OSC1)와 함께 단위 지연시간(TD)만큼 위상차가 있는 복수의 발진신호들(OSC2~OSC8)의 파형이 나타나 있다. 기준 발진신호(OSC1)는 한 주기 구간을 8개의 등간격 구간(D1~D8)으로 나눌 수 있으며, 이때 간격 하나는 단위 지연시간(TD)에 해당한다. 제1 구간(PH1)의 위상변화량을 검출하기 위해 복수의 발진신호(OSC1~OSC8)의 출력값을 모두 체크한다. 일 실시예에서는 복수의 발진신호들 중에 논리값이 1 에서 0으로 바뀌는 발진신호를 검색하면 제1 구간(PH1)의 위상변화량을 대략적으로 검출할 수 있다.5 shows waveforms of the oscillation signals OSC2 to OSC8 having a phase difference by the unit delay time TD together with the reference oscillation signal OSC1. The reference oscillation signal OSC1 may divide one period into eight equally spaced periods D1 to D8, where one interval corresponds to a unit delay time TD. In order to detect the amount of phase change in the first section PH1, all output values of the oscillation signals OSC1 to OSC8 are checked. In an exemplary embodiment, when an oscillation signal whose logic value is changed from 1 to 0 is searched among the oscillation signals, the amount of phase change of the first section PH1 may be approximately detected.
도 5를 참조하면, 오버샘플링 클럭의 상승 모서리가 나타나는 시점에서 발진신호들(OSC1~OSC3)은 논리값 0을 갖고, 발진신호들(OSC4~OSC7)은 논리값 1을 가지며, 발진신호들(OSC8)은 논리값 0을 가진다. 즉, 일곱 번째 발진신호(OSC7)에서 논리값 1이었던 것이 여덟 번째 발진신호(OSC8)에서 논리값 0으로 바뀌게 되므로 기준 발진신호(OSC1)의 등간격의 구간(D1~D8) 중 7번째 구간(D7)에서 오버샘플링 클럭의 상승 모서리가 발생하였다는 것을 알 수 있으며, 전제 등간격이 8개이므로 편의상 360ㅀ의 위상변화를 수치 8로 표현한다면, 제1 구간(PH1)의 위상변화량은 수치 1로 대략적으로 검출할 수 있다. 같은 원리로 만약 기준 발진신호의 등간격 구간(D1~D8)중 3번째 구간(D3)에서 오버샘플링 클럭의 상승 모서리가 나타났다면, 세 번째 발진신호(OSC3)에서 논리값 1을 가진 것이 네 번째 발진신호(OSC4)에서 논리값 0으로 바뀌게 될 것이다.Referring to FIG. 5, when the rising edge of the oversampling clock appears, the oscillation signals OSC1 to OSC3 have a logic value of 0, the oscillation signals OSC4 to OSC7 have a logic value of 1, and the oscillation signals ( OSC8) has a logical value of zero. That is, since the
도 6는 제1 구간의 위상변화량의 검출과정을 설명하기 위한 파형도이다.6 is a waveform diagram illustrating a detection process of a phase change amount in a first section.
도 6에서 제2 구간(PH2)의 위상변화량을 검출하는 방법은 도4의 설명과 유사하다. 제2 구간(PH2)의 위상변화량을 검출하기 위해 복수의 발진신호(OSC1~OSC8)의 출력값을 모두 체크한다. 일 실시예에서는 복수의 발진신호들(OSC1~OSC8) 중에 논리값이 1에서 0으로 바뀌는 발진신호를 검색하면 P1의 간격을 대략적으로 검출할 수 있다.In FIG. 6, the method for detecting the amount of phase change in the second section PH2 is similar to the description of FIG. 4. In order to detect the amount of phase change in the second section PH2, all output values of the oscillation signals OSC1 to OSC8 are checked. In an exemplary embodiment, when an oscillation signal whose logic value changes from 1 to 0 is searched among the oscillation signals OSC1 to OSC8, an interval of P1 may be approximately detected.
도 6를 참조하면, 기준 발진신호의 등간격 구간(D1~D8) 중 두 번째 구간(D2)에서 오버샘플링 클럭의 상승 모서리가 발생하였을 때, 발진신호들(OSC1~OSC2)은 논리값 1을 갖고, 발진신호들(OSC3~OSC6)은 논리값 0을 가지며, 발진신호들(OSC7~OSC8)은 논리값 1을 가진다. 즉, 두 번째 발진신호(OSC2)에서 논리값 1이었던 것이 세 번째 발진신호(OSC3)에서 논리값 0으로 바뀌게 되므로 기준 발진신호(OSC1)의 등간격 구간(D1~D8)중 2번째 구간(D2)에서 오버샘플링 클럭의 상승 모서리가 발생하였다는 것을 알 수 있으며, 편의상 360ㅀ의 위상변화를 수치 8로 표현하면, 제2 구간(PH2)의 구간은 수치 2로 대략적으로 검출할 수 있다.Referring to FIG. 6, when the rising edge of the oversampling clock occurs in the second period D2 of the equal intervals D1 to D8 of the reference oscillation signal, the oscillation signals OSC1 to OSC2 set the
도 5와 도6를 통해서 설명된 바와 같이 지연 스테이지의 각 출력단의 발진신호를 이용하면, 단순히 발진신호 하나의 상승 모서리를 계수하여 디지털코드로 변환한 것과 같이 360ㅀ 단위로 위상변화량을 검출할 수 있는 것에 비해 더 세밀하게 위상변화량을 검출할 수 있어 해상도가 향상된다. 실시예에 따라서 지연 스테이지의 수는 적절히 조정할 수 있을 것이다.As described with reference to FIGS. 5 and 6, when the oscillation signal of each output stage of the delay stage is used, the amount of phase change can be detected in units of 360 Hz as if only one rising edge of the oscillation signal is counted and converted into a digital code. Compared to the present invention, the amount of phase change can be detected more precisely, thereby improving resolution. Depending on the embodiment, the number of delay stages may be properly adjusted.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 아날로그-디지털 변환방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an analog-digital conversion method according to an embodiment of the present invention.
이하, 도1 내지 도7을 참조하여, 오버샘플링의 의하여 아날로그-디지털 변환을 종합적으로 설명한다. 1 to 7, the analog-to-digital conversion is comprehensively explained by oversampling.
아날로그-디지털 변환을 시작하면, 기준 클럭을 발생시키고(S100), 기준 클럭의 정수(N)배의 주파수를 가지는 오버샘플링을 클럭을 발생시킨다(S200). 이때 오버샘플링 클럭을 지연 고정 루프(Delay Locked Loop)를 이용하여 발생시킬 수 있 다. 아날로그 신호를 오버 샘플링 클럭에 동기하여 샘플링한 후(S300) 디지털 값으로 변환한다(S400). 이 과정은 상술한 바와 같이 전압제어 발진기에서 출력되는 발진신호의 위상변화량을 검출하여 수행할 수 있다. 이 과정(S300~S400)을 M번 반복하여 아날로그 신호를 샘플하여 M 개의 디지털 값으로 변환하게 된다(S500). 하나의 출력값을 결정하기 위해 각 디지털 값의 가중치를 결정하고(S600), 디지털 값과 가중치의 가중합으로 하나의 디지털 코드를 결정하여 출력한다(S700). When the analog-to-digital conversion is started, a reference clock is generated (S100), and oversampling having a frequency of an integer (N) times of the reference clock is generated (S200). In this case, the oversampling clock may be generated using a delay locked loop. The analog signal is sampled in synchronization with the oversampling clock (S300) and then converted into a digital value (S400). This process may be performed by detecting the amount of phase change of the oscillation signal output from the voltage controlled oscillator as described above. This process (S300 ~ S400) is repeated M times to convert the analog signal to M digital values (S500). In order to determine one output value, a weight of each digital value is determined (S600), and a digital code is determined and output by a weighted sum of the digital value and the weight (S700).
샘플링 주파수가 100MHz일 때, 스펙트럼을 이용하여 도 2의 아날로그-디지털 변환기를 시뮬레이션 한 결과 해상도가 5비트였으나 본발명의 실시예의 의한 오버샘플링 방법을 이용한 결과 해상도는 6.5비트로 증가하였다. When the sampling frequency was 100MHz, the analog-to-digital converter of FIG. 2 was simulated using the spectrum, and the resolution was 5 bits. However, the resolution was increased to 6.5 bits using the oversampling method according to the embodiment of the present invention.
상기와 같은 본 발명에 일실시예에 의하면, 아날로그 신호를 양자화하기 위해 전압제어 발진기를 이용하고, 기준 클럭의 한 주기동안 여러개의 아날로그 값을 샘플링한 후 이들 각각의 가중치를 두어 출력될 디지털코드를 결정함으로써 샘플-앤-홀드 회로 없이도 아날로그-디지털 변환기의 해상도를 향상시키게 된다.According to an embodiment of the present invention as described above, a voltage controlled oscillator is used to quantize analog signals, and a plurality of analog values are sampled for one period of a reference clock, and the digital codes to be output are given with their respective weights. The decision improves the resolution of the analog-to-digital converter without the sample-and-hold circuit.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
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