SE522416C2 - Förfarande för scrambling av dataord och scrambler - Google Patents

Description

25 30 ' 522 .416 2 I q » . . . u. »nu Range) att bli dåligt. Eftersom alla bitar viktas likvärdigt i termometerkoden finns det många kombinationer som representerar samma decimalvärde. Eftersom alla vikter är lika stora kommer olika uppsättningar av vikter att slumpmässigt tilldelas varje kod vid olika tidpunkter. Detta kallas ibland för scrambling.

I en randomiserad termometerkodad 14-bitars DAC finns det till exempel 16383 olika vikter att välja mellan när koden 000. . .0O001 appliceras på ingången. Genom att ta tidsmedelvärdet av resultatet, d.v.s. de statiska utamplitudnivåema, blir vikterna dynamiskt matchade.

Så länge som variationen av viktstilldelningen är okorrelerad med insignalen kommer distorsionstermerna som härrör från matchningsfelen att omvandlas till brus.

En stor nackdel med alla kända DEM-tekniker är problemen med glitchar.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen består i att kombinera glitchminimeringsegenskapen hos termometerkoden med den goda SFDR-prestandan från användandet av DEM- tekniker.

Detta emås i huvudsak genom att slumpmässigt välja vilka vikter som skall switchas på enbart bland de kombinationer som resulterar i minimal glitehning.

F IGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs mer i detalj nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken Fig. 1, 2 och 3 visar en utföringsform av ett randomiseringsswitchnät eller scrambler enligt uppfinningen med tre olika indataord, F ig. 4 visar en utföringsfonn av en switch som är avsedd att användas i nätet i Fig. 1, 2 och 3, Fig. 5, 6 och 7 visar en annan utföringsform av ett randomiseringsswítchnät eller scrambler enligt 10 15 20 25 30 .522 416 3 s. .en uppfinningen med tre olika indataord, F ig. 8 visar en utföringsform av en switch som är avsedd att användas i nätet i Fig. 5, 6 och 7, och Fig. 9 visar ytterligare en utföringsfonn av en scrambler enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Både randomisering av termometerkodad data och randomisering av modifierad tennometerkodad data kommer att beskrivas.

Förfarande 1 - Randomisering av terrnometerkodad data Istället för att slumpmässigt välja positioner i vilka 1:or ska adderas eller avlägsnas i terrnometerkodad data, kan det slumpmässiga valet av vikter realiseras som ett nät av switchar, också kallat en scrambler.

Fig. 1, 2 och 3 visar en utföringsform av ett sådant nät eller scrambler som innefattar tolv Switchar (O, 0), (O, 1) (3, 2), där varje switch (0, O), (0, 1) (3, 2) styrs av en slumpmässig signal p, vilken genereras av en PRBS-generator (Pseudo Random Binary Sequence generator) (ej visad).

En utforingsforrn av en switch som är avsedd att användas i nätet i Fig. 1, 2 och 3 visas i Fig. 4.

För att undvika onödigt switchande randomiseras endast ändringarna mellan två sampel. Eftersom vikterna som är till (eller från) för en given kod inte är deterrninistiska måste den gamla vägen genom switchträdet sparas eller bevaras, vilket kommer att kräva några extra minneselement jämfört med full randomisering där gamla vägar genom switchnätet inte beaktas.

Varje switch (0, O), (0, 1) (3, 2) har två enbitars dataingångar a, b och två enbitars datautgångar x, y. Vilken ingång som skall anslutas till vilken utgång väljs medelst den slumpmässiga signalen p. Graden av randomisering beror på 10 15 20 -522 416 4 switchnätets djup, vilket är beroende av vad som av utrymmesskäl kan tillåtas och vad som faktiskt behövs i DACen.

I den i Fig. 4 visade utföringsfonnen av switchen är switchingångama a, b anslutna till respektive ingångar hos två multiplexorer 1, 2. Utgångama hos multiplexorema 1 och 2 utgör switchutgångama x respektive y. Switchingångarna a, b är också anslutna till respektive ingång hos en EXELLER-grind 3. Utgången hos EXELLER- grinden 3 är ansluten till en styringång hos en multiplexor 4. Den ena ingång hos multiplexom 4 är ansluten till PRBS-generatom (ej visad) som genererar signalen p, medan den andra ingången hos multiplexorn 4 är ansluten till en utgång hos en D- vippa 5 på vilken switchens föregående tillstånd cold uppträder. Utgången hos multiplexorn 4 är ansluten såväl till styringångar hos multiplexorerna 1, 2 som till en ingång hos D-vippan 5 på vilken switchens aktuella tillstånd c tas emot.

Generellt ska switchen i Fig. 4 realisera följande Boole'ska ekvationer: X = a * (b + ÛÛKCOM» "i" b * Cam y = a * cold+b * noflcold) c=p* c+p*not(axorb)+c*(axorb) I Tabell 1 nedan visas en sanningstabell för switchen.

C ommentar 0 O P Randomisera O 1 cold Behåll föregående inställning 1 O 0014 Behåll föregående inställning 1 1 P Randomisera Tabell 1 10 15 20 25 522 .416 u v. rn Under hänvisning till Fig. 1 - 3 kommer nu ett exempel att ges för att visa hur randomisering i enlighet med uppfinningen sker i ett typiskt fall med hjälp av switchar.

I detta exempel antas de termometerkodade indataorden innehålla sju positioner betecknade to - tó.

I alla visade switchnät har en extra 0:a lagts till indataordet. Detta har gjorts för att få bättre symmetri i nätet.

Tre successiva terrnometerkodade indataord v,-, v,-+1 och v,-+2 samt motsvarande utdataord w,-, wa, respektive w,-+2 beaktas. Ordlängden i detta exempel är satt till sju bitar; v,=OO0001 1, v,-+,=00O0111 och v,-+2=OOOO011. Efter det att ordet v,- matats genom nätet antas switchnätet ha det i F ig. 1 visade tillståndet. Vägen för v,- genom nätet visas med prickade linjer.

När vi” appliceras på nätets ingång uppträder en ytterligare 1:a i inordet. För att finna en ny väg genom nätet uppdateras inställningen för varje switch i enlighet med Tabell 1.

F ig. 2 visar switchnätet med v,-+, som indataord.

Switchen (O, O) har en 1:a på den ena ingången och en 0:a på den andra ingången.

Därför behålls den föregående switchinställningen (c=c0,d).

Switchen (1, 0) har nu två 1:or på ingångama och ett nytt slumpvärde på c (c=p) kan väljas. I detta exempel råkar detta nya slumpvärde bli detsamma som föregående. oo v I u v u n g u n 10 15 20 25 30 522 416 6 nu: v I u u n rn nu n Switcharna (2, 0) och (3, 0) har bara 0:or på ingångarna och därför ställs switchama slumpmässigt (c=p).

Switchen (0, 1) kommer att få två 1:or på ingångama och ett nytt slumpmässigt värde på c (c=p) kan väljas. Här erhålls en ny inställning av switchen.

Switchen (1, 1) kommer att ha en 0:a och en 1:a på ingångama och därför behålls den gamla switchinställningen (c=c,,,,,).

Switchama (2, 1) och (3, 1) har bara 0:or på ingångama och därför ställs switchama slumpmässigt (c=p).

Switchen (0, 2) har en 0:a och en 1:a och därför behålls den gamla inställningen.

Det bör emellertid noteras att det under föregående sampel var två 0:or på ingångama, varför switchinställningen uppdaterades under senaste samplingsperiod.

Switchama ( 1, 2) och (2, 2) har båda en 0:a och en 1:a som indata, varför de gamla inställningama behålls.

Switchen (3, 2) har endast 0:or som indata, varför switchen ställs slumpmässigt (C=P)~ Det bör noteras att utdata w,-=O0010100 och w,-+,=0001 0101 från sampel í respektive sampel í+l bara skiljer sig åt i en position samt att alla positioner som föregående var 1:or har bibehållits.

Fig. 3 visar switchnätet när va; appliceras som indataord.

Switchen (0, O) kommer att behålla tillståndet från föregående sampel. 10 15 20 522 416 7 Switchama (1, 0) och (0, 1) har nu olika värden på ingången och kommer att bibehålla föregående tillstånd. Det bör noteras att båda dessa switchar fick en ny inställning när VH applicerades.

Switcharna (1, 1), (0, 2) och (1, 2) bibehåller det föregående tillståndet eftersom värdena på ingångama skiljer sig åt.

Switcharna (2, 0), (2, 1), (2, 2), (3, O), (3, l) och (3, 2) har alla 0:or på ingångarna och kommer att få ett nytt tillstånd (c=p).

Det bör noteras att trots att v,- och va; har samma Värde är w,=O0Ol010O och w,-+,=000O010l olika, d.v.s. slumpmässighet har tillförts systemet.

Förfarande 2 - Randomisering av modifierad terrnometerkodad data Det ovan beskrivna förfarandet 1 använder termometerkodad indata. Det finns emellertid andra koder som är lättare att konstruera men som inte har de önskade egenskaperna med låg glitchning. Istället för att använda terrnometerkodad indata definieras en kod som har samma antal lzor som termometerkodad data för alla värden men en annan dataordningsfölj d. I denna modifierade terrnometerkod kopieras helt enkelt binärkodad data så många gånger som motsvaras av den binära vikten. Tabell 2 nedan visar tennometerkod och modifierad terrnometerkod. 522 416 8 inär kod Termometerkod odifierad terrnometerkod 000 0000000 0000000 001 0000001 0000001 010 0000011 0000110 011 0000111 0000111 100 0001111 1111000 101 0011111 1111001 110 0111111 1111110 111 1111111 1111111 Tabell 2 oc! u P | : Q o' un..

Fördelen med att använda en modifierad tennometerkod är att det är väldigt enkelt att realisera logiken för att omvandla binärkodad data till modifierad termometerkod.

Med denna kod ökar glitchningen. Om en switch som realiserar sanningstabellen som visas i Tabell 3 används, undviks emellertid ökad glitchning. 10 15 20 522 416 I -uo o 0 o o o n v :u 9 a' B' a c Kommentar 0 0 0 0 p Randomisera 0 1 0 1 cold Behåll föregående inställning 1 0 O l cold Behåll gammal inställning 1 1 1 1 p Randomisera Tabell 3 En utföringsform av den logiska implementeringen av denna modifierade switch visas i Fig. 8.

Element i switchen i F ig. 8 som 'är identiska med dem i F ig. 4 har försetts med samma hänvisningsbeteckningar.

I Fig. 8 betecknas switchingångama med a” respektive b', medan a och b betecknar inre noder i switchen.

Noden a i Fig. 8 är ansluten till en utgång hos en OCH-grind 6, medan noden b är ansluten till en utgång hos en ELLER-grind 7. Ingångama hos OCH-grinden 6 och ELLER-grinden 7 är anslutna till ingångama a' och b”.

Generellt ska switchen i F ig. 8 realisera samma funktioner som switchen i Fig. 4.

För switchen i Fig. 8 är i de ovan listade funktionerna för switchen i Fig. 5 a=a' *b'ochb=a°+b'. 10 15 20 25 30 522.416 10 a u | u . . , Under hänvisning till Fig. 5 - 7 ges ett exempel för att visa hur randomisering kommer att se ut i ett typiskt fall när modifierade switchar och modifierad terrnometerkod används.

Beakta tre successiva tennometerkodade indataord v,-, vm och v,-+2 samt motsvarande utdataord w,~, w,-+1 respektive wm. Ordlängden i detta exempel är satt till sju bitar; v,-=OO00110, v,-+1=0000111 och v,-+2=0000110. Switchama i detta exempel är av den typ som visas i Fig. 8. Efter att det första dataordet v,- matats genom nätet antas switchnätet ha det tillstånd som visas i Fig. 5. Vägen för v,- genom nätet visas med prickade linjer.

När nästa ord va; appliceras på ingången, erhålls en ytterligare 1:a i inordet. För att finna en ny väg genom nätet uppdateras inställningen av varj e switch i enlighet med Tabell 3.

I Fig. 6 visas switchnätet med vw som indataord.

Switchen (0, 0) har en 1:a på den ena ingången och en 0:a på den andra ingången och därför behålls den föregående switchinställningen (c=c,,,d). Det bör noteras att denna switch hade två 0:or som indata under föregående sampel och att den därför ställdes in slumpmässigt för detta sampel.

Switchen (0, 1) kommer att få en 0:a och en 1:a som invärde, varför den föregående inställningen bibehålls (c=c,,1d).

Switchen (1, l) har två 1:or på ingångarna, varför ett nytt slumpvärde på c (c=p) kan välj as.

Switchen (0, 2) har två 0:or, varför en ny slumpinställning av switchen (c=c,,,d) väljs. 10 15 20 25 522.416 11 n n . v . . , Switcharna ( 1, 2), (2, 2) och (3, 2) har alla en 0:a och en 1:a som indata, varför de föregående inställningarna bibehålls.

Det bör noteras att utdata w,=00010100 och w,-+1=01010100 från sampel i respektive sampel i +1 bara skiljer sig åt i en enda position och att alla positioner som Föregående var 1:or bibehålls.

I Fig. 7 appliceras det tredje indataordet va; på ingången.

Switcharna (O, 0), (0, 2) och (1, 2) har endast 0:or på ingångama och kommer därför att få en slumpmässig tillståndsinställning.

Switchama (0, 1), (1, 1), (2, 2) och (3, 2) har alla en 1:a och en 0:a som indata och kommer att behålla den föregående inställningen. Switchen (1 , 1) hade emellertid en slumpmässig inställning under föregående sampelperiod.

Trots att v,- och VH har samma värde är wF00010l0O och w,-+1=O1OlO100 olika, d.v.s. slumpmässighet har tillförts systemet även med detta förfarande.

Samtliga figurer av switchnät visar endast exempel på hur de kan konstrueras. Om fullständig randomisering önskas måste antalet lageri näten i F ig. 1, 2, 3, 5, 6 och 7 ökas till samma djup som antalet bitar i indataordet.

Switchnätet i Fig. 5, 6 och 7 visar ett minsta antal Switchar som behövs för att bevara minimiglitchningsegenskapen när den modifierad termometerkoden används.

Om flera switchningslager läggs till behöver inte switchen i Fig. 8 användas.

Switchen i F ig. 4 fungerar så länge som lagren läggs till vid den vänstra kanten i figurema. 10 15 20 25 30 ' 522 416 12 En annan utföringsform kommer att beskrivas nedan under hänvisning till Fig. 9 som visar ett blockschema för en tillståndsväljarfunktion i en 4-bitars DAC.

Ett godtyckligt initialtillstånd, d.v.s. en föregående utsignal som väljer enhetsviktema, av föregående utsignal = 10lO1l10l01ll11 som motsvarar en digital insignal av ll d.v.s. 1011, antas.

Den första operationen som ska utföras är att räkna antalet 1:ori en räknare 8, vilket ger antal l:or = 11, d.v.s. 1011.

En godtyckligt vald digital insignal till DACen av insignal = 13, d.v.s. 1101, antas, vilken huvudsakligen kommer att användas för att se hur många 0:or som behöver sättas till l:or i det föregående tillståndet (föregående utsignal) för att uppnå nästa tillstånd.

Detta uppnås med hjälp av en subtraherare 9 genom operationen ytterligare I :or = insignal - antal 1 :or = 13 - 11 = 2 (0010).

För att sätta två 1:ori det föregående tillståndet (föregående utsignal), skapas bokstavligen först två 1:ori en binär-till-terrnometeromvandlare 10, vilken omvandlar antalet ytterligare l:or till en tennometerkod, d.v.s. term0k0d= OOOOOOOOOOOOOll.

Strategien är nu att välja lika många bitar (inklusive alla l:or) som det finns 0-bitar i det föregående tillståndet (föregående utsignal). För att åstadkomma detta måste antalet 0:or i det föregående tillståndet vara känt. Detta är en enkel operation eftersom antalet l:or redan räknats och det totala antalet bitar (15) i tillståndet är känt. En räknare 11 utför exakt detta genom operationen n o . v . . , 10 15 20 25 ' 5,22 416 13 | ; : c a , ~ » ø a q . .- antal Û:or= 15 -antal 1.°or= 15 -11= 4.

Denna summa används i en randomiserare 12 för att randomisera positionen av motsvarande antal bitar. Denna operation R illustreras genom att anta att randomiseringsprocessen råkar ge randomtermo = R( --------- --0011) = --------- --0110 , där bitama som inte ingår i randomiseringen (15 - 4 = 11 bitar) betecknas med ”-”.

Slutligen fördelar en fördelare 13 de randomiserade bitarna (randomtermo) i tur och ordning till Ozoma i det föregående tillståndet (föregående zztsígnal). Alla bitar som markerats med ”-” ovan ignoreras helt enkelt.

Operationema på bitarna visas med pilar nedan: randomter/no - - - ~ ~ - - - ~ - - 0 l l 0 föregående utsignal 101 01 110 10111 11 1 l zztsignal 1011111110111 11 varvid de fyra övre pilama som går från de fyra randomiserade bitarna indikerar den ordning i vilken de ska ersätta O-bitarna i det föregående tillståndet och de två nedre pilarna indikerar vilken av de två O-oma som faktiskt satts. Det nya tillståndet blir zztsignal= lOlllllllOlllll som matas till enhetsviktema.

Schemat som beskrivs ovan behandlar bara det fall där 1:or ska tillföras det föregående tillståndet. För det fall att tillståndsvärdet minskar måste schemat modifieras något.

Fallet när tillståndsvärdet minskar kan detekteras, t.ex. som ett spill från subtraheraren 9 (spill i Fig. 9). Tillvägagångssättet är sedan att mappa detta fall på 10 15 522 4416 14 v I n ø - . , den hårdvara som löser problemet i det första fallet. I det första fallet ändrades 0:or till 1:or, medan i det andra fallet 1:or ska ändras till 0:or på liknande sätt.

.Detta kan åstadkommas genom att i fall av spill invertera alla 0:or och 1:or med en uppsättning EXELLER-grindar 14 samt justera antalet 1:or som ska utsättas för opereration i motsvarande grand. För att hantera detta fall anordnas ett block 15 mellan subtraheraren 9 och omvandlaren 10, som beräknar summan av extra nollor, d.v.s. istället utför operationen ytterligare I :or = l insígnal - antal 1 :or l .

Antalet 0:or (antal 0:or) uppdateras också för att reflektera den inverterade insignalen. Eftersom det nya antalet 0:or helt enkelt är det föregående antalet 1:or (antal 1:or) behövs emellertid en multiplexor 16 som väljer vederbörlig summa för respektive fall (n i Fig. 9). Slutligen inverteras det nya tillståndet (utsignal) med en annan uppsättning EXELLER- grindar 17 för att mappa 0:or och 1:or tillbaka till den förväntade utsignalen.

Claims (4)

10 15 20 25 30 ' 522 416 15 PATENTKRAV

1. Förfarande för scrambling av successiva tennometerkodade binära indataord med N bitar till motsvarande successiva utdataord ävenledes med N bitar, kännetecknat av att om antalet bitar av det ena binärvärdet ökat från ett indataord till nästfölj ande indataord bibehålls bitar av nämnda ena binärvärde i positioner i motsvarande utdataord där det föregående utdataordet hade bitar av nämnda ena binärvärde och de resterande bitarna av nämnda ena binärvärde randomiseras till positioner i motsvarande utdataord där det föregående utdataordet hade bitar av det andra binärvärdet, varigenom antalet positioner som ska ändras vid en övergång från ett utdataord till nästfölj ande minimeras.

2. Scrambler för scrambling av successiva tennometerkodade binära indataord med N bitar till motsvarande successiva utdataord ävenledes med N bitar, kännetecknad av att scramblem är anordnad, om antalet bitar av det ena binärvärdet ökat från ett indataord till nästfölj ande, att bibehålla bitar av nämnda ena binärvärde i positioner i motsvarande utdataord där det föregående utdataordet hade bitar av nämnda ena binärvärde samt att randomisera de resterande bitarna av nämnda ena binärvärde till positioner i motsvarande utdataord där det föregående utdataordet hade bitar av det andra binärvärdet, varigenom antalet positioner som ska ändras vid en övergång från ett utdataord till nästföljande minimeras.

3. Scrambler enligt kravet 2, kännetecknad av att scramblem innefattar ett switchnät där varje switch är anordnad att implementera de Boole'ska ekvationema X = a * (b + noïfiïuxd» + b * Com Y = a * C01d+ b * TIOKCMd) c =p *c+p * not(a xorb)+ c * (axorb) där a och b är ingångarna hos switchen, x och y är utgångama hos switchen, c är det aktuella tillståndet hos switchen, cold är det föregående switchtillståndet och p är en slumpmässig signal. u- n.. v... .I v. 5 ' 5.22 416 16 I . 0 n o . . , vn o.

4. Scrambler enligt kravet 2, kännetecknad av att scramblern innefattar - räknare (8, 11) för att räkna antalet 1:or och Ozor i föregående utdataord, ~ ett organ (9) för fastställande av antalet ytterligare 1:or i det aktuella indataordet, - en omvandlare (10) omvandling av antalet ytterligare 1:or till termometerkod, - en randomiserare (12) för randomisering av motsvarande antal bitars position och - en fördelare (13) för fördelning av de randomiserade bitarna i tur och ordning till Ozorna i det föregående dataordet.