TW202315340A - 具有適應機制的訊號增益調整電路及方法 - Google Patents

Abstract

一種具有適應機制的訊號增益調整電路。放大器接收類比訊號產生調整類比訊號至類比至數位轉換電路進而產生輸出數位訊號。增益控制電容陣列與放大器共同決定調整類比訊號相對類比訊號之增益。控制電路在運作模式下，接收輸出數位訊號之實際準位，以判斷與預估準位之偏移量並據以產生調整控制訊號。粗調電容陣列的各粗調電容相對增益的增益最大值具有第一調整量。細調電容陣列的各細調電容相對增益的增益最大值具有小於第一調整量的第二調整量。粗調及細調電容陣列根據調整控制訊號決定調整電容致能組合，對增益進行調整以降低偏移量。

Description

具有適應機制的訊號增益調整電路及方法

本發明是關於訊號增益調整技術，尤其是關於一種具有適應機制的訊號增益調整電路及方法。

類比至數位轉換電路是將訊號自類比形式轉換為數位形式的重要元件。在一定的訊號範圍內，類比至數位轉換電路可將連續的訊號進行取樣，並產生數位碼。

然而，當環境溫度產生改變，亦或雜訊產生，將造成輸入的類比訊號準位改變。以環境溫度為例，當溫度上升時，類比訊號的輸入走線將等效變長而使訊號衰減。相反的，當溫度下降時，類比訊號的輸入走線將等效變短而使訊號放大。如果沒有相應的補償技術，可能會造成訊號超過類比至數位轉換電路可以接收的範圍，導致系統效能下降。

鑑於先前技術的問題，本發明之一目的在於提供一種具有適應機制的訊號增益調整電路及方法，以改善先前技術。

本發明包含一種具有適應機制的訊號增益調整電路，包含：放大器、增益控制電容陣列、控制電路、粗調電容陣列以及細調電容陣列。放大器包含輸入介面以及輸出介面，以根據輸入介面接收的類比訊號於輸出介面產生調整類比訊號至類比至數位轉換電路。增益控制電容陣列電性耦接於輸入介面以及輸出介面間，配置以與放大器共同決定調整類比訊號相對類比訊號之增益。控制電路配置以在運作模式下，接收類比至數位轉換電路之輸出數位訊號之實際準位，以判斷實際準位與預估準位之偏移量，進而根據偏移量產生調整控制訊號。粗調電容陣列包含與增益控制電容陣列並聯的複數粗調電容，並相對增益的增益最大值具有彼此相同的第一調整量。細調電容陣列包含與增益控制電容陣列並聯的複數細調電容，並相對增益的增益最大值具有彼此相同且小於第一調整量的第二調整量。其中粗調電容陣列以及細調電容陣列根據調整控制訊號決定調整電容致能組合，進而對增益進行調整以降低偏移量。

本發明另包含一種具有適應機制的訊號增益調整方法，應用於訊號增益調整電路中，包含：使放大器根據輸入介面接收的類比訊號於輸出介面產生調整類比訊號至類比至數位轉換電路；使電性耦接於輸入介面以及輸出介面間之增益控制電容陣列與放大器共同決定調整類比訊號相對類比訊號之增益；使控制電路在運作模式下，接收類比至數位轉換電路之輸出數位訊號之實際準位，以判斷實際準位與預估準位之偏移量，進而根據偏移量產生調整控制訊號；使粗調電容陣列以及細調電容陣列根據調整控制訊號決定調整電容致能組合，進而對增益進行調整以降低偏移量，其中粗調電容陣列包含與增益控制電容陣列並聯的複數粗調電容並相對增益的增益最大值具有彼此相同的第一調整量，細調電容陣列包含與增益控制電容陣列並聯的複數細調電容，並相對增益的增益最大值具有彼此相同且小於第一調整量的第二調整量。

有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

本發明之一目的在於提供一種具有適應機制的訊號增益調整電路及方法，以藉由粗調電容陣列以及細調電容陣列的設置，在對類比訊號進行增益調整時，補償例如溫度或是雜訊所造成的偏移量，避免類比至數位轉換電路產生錯誤的轉換結果。

請參照圖1。圖1顯示本發明之一實施例中，一種具有適應機制的訊號增益調整電路100以及類比至數位轉換電路110的方塊圖。

訊號增益調整電路100配置以接收類比訊號AN，以對類比訊號AN進行增益的調整後產生調整類比訊號ANA至類比至數位轉換電路110。類比至數位轉換電路110進一步對調整類比訊號ANA進行類比至數位轉換，以產生輸出數位訊號DO。

於本實施例中，訊號增益調整電路100具有適應機制，以接收類比至數位轉換電路110反饋的輸出數位訊號DO並在輸出數位訊號DO的實際準位由於溫度、雜訊或是其他因素，而相對預估準位產生偏移時進行調整，使類比至數位轉換電路110可以接收到在正常準位範圍的調整類比訊號ANA，而不致因為偏移產生錯誤的輸出數位訊號DO。

訊號增益調整電路100包含：放大器120、增益控制電容陣列130、控制電路140、粗調電容陣列150以及細調電容陣列160。

放大器120包含輸入介面以及輸出介面，以根據輸入介面接收的類比訊號AN於輸出介面產生調整類比訊號ANA。

於本實施例中，放大器120為運算放大器，其輸入介面包含非反相輸入端（在圖中以'+"記號標示）以及反相輸入端（在圖中以'-"記號標示），且其輸出介面包含輸出端（在圖中以'o"記號標示）。於一實施例中，放大器120藉由非反相輸入端接收類比訊號AN，並於輸出端產生調整類比訊號ANA。

增益控制電容陣列130電性耦接於輸入介面以及輸出介面間，配置以與放大器120共同決定調整類比訊號ANA相對類比訊號AN之增益。在本實施例中，增益控制電容陣列130是電性耦接於反相輸入端以及輸出端間。然而，本發明並不限於此。

請參照圖2。圖2顯示本發明一實施例中，增益控制電容陣列130更詳細的電路圖。

在一實施例中，增益控制電容陣列130包含相並聯的基本增益電容Cg0以及複數增益控制電容Cg1~Cg4。其中，基本增益電容Cg0持續致能，而增益控制電容Cg2~Cg42則透過例如但不限於切換電路200而致能或抑能。

增益控制電容Cg1~Cg4的電容值可配置以相對增益的增益最大值具有複數加權二進位調整量。更詳細地說，增益控制電容Cg2~Cg4相對增益最大值的調整量，分別為增益控制電容Cg1相對增益最大值的調整量的2倍、4倍及8倍。

於一實施例中，如增益控制電容陣列130所能達到的增益最大值以100%表示，則基本增益電容Cg0相對增益最大值的調整量可配置為25%，增益控制電容Cg1~Cg4相對增益最大值的調整量可配置為5%、10%、20%及40%。

控制電路140配置以產生運作控制訊號OC，以使增益控制電容陣列130根據運作控制訊號OC決定增益電容致能組合。

請參照圖3。圖3顯示本發明一實施例中，增益控制電容Cg1~Cg4在運作控制訊號OC的控制下產生不同增益的調整量，進而使類比至數位轉換電路110產生不同準位的輸出數位訊號DO的示意圖。

由於增益控制電容Cg1~Cg4的數目為4，因此運作控制訊號OC可以四位元的形式進行控制。因此，如圖3所示，橫軸為以四位元表示的運作控制訊號OC，縱軸為對應的增益大小。

在基本增益電容Cg0持續致能的情形下，增益控制電容Cg1~Cg4可根據（0000）、（0001）、（0010）、…（1111）的運作控制訊號OC產生不同的致能組合，並達到相對增益最大值的25%~100%，共16（2 ⁴）個不同準位的增益設定結果。

須注意的是，上述增益控制電容陣列130的架構僅為一範例。於其他實施例中，增益控制電容陣列130亦可以其他架構實現。

實際操作上，控制電路140配置以在系統初始模式下，先依據訊號增益調整電路100與類比至數位轉換電路110間之傳輸線長來產生運作控制訊號OC，以使增益控制電容陣列130根據運作控制訊號OC決定增益電容致能組合。

進一步地，增益控制電容陣列130將在運作模式下，根據增益電容致能組合運作，且不再更動。此增益電容致能組合將可與放大器120決定調整類比訊號ANA相對類比訊號AN之增益。

然而，增益控制電容陣列130的電容值會由於溫度或是雜訊造成的影響而改變，進而影響此些電容相對增益最大值的調整量。因此，控制電路140可藉由反饋的輸出數位訊號DO，決定粗調電容陣列150以及細調電容陣列160的調整電容致能組合，達到補償的功效。

請參照圖4。圖4顯示本發明一實施例中，調整粗調電容陣列150以及細調電容陣列160更詳細的電路圖。

粗調電容陣列150包含與增益控制電容陣列130並聯的複數粗調電容Cc1~Cc4，並相對增益最大值具有彼此相同的第一調整量。於一實施例中，各粗調電容Cc1~Cc4相對增益最大值的第一調整量可與增益控制電容Cg1相對增益最大值的調整量相當，為增益最大值的5%。

其中，粗調電容Cc1~Cc2配置以在系統初始模式中致能，以在運作模式中依據調整電容致能組合抑能時，調降增益。另一方面，粗調電容Cc3~Cc4配置以在系統初始模式中預設為抑能，以在運作模式中依據調整電容致能組合致能時，調升增益。因此，在運作模式下，粗調電容Cc1~Cc4可配置以使增益調升或調降。

細調電容陣列160包含與增益控制電容陣列並聯的複數細調電容Cd1~Cd12，並相對增益最大值具有彼此相同且小於第一調整量的第二調整量。於一實施例中，細調電容陣列160包含第一細調電容Cd1~Cd10以及第二細調電容Cd11~Cd12。

第一細調電容Cd1~Cd10在全部致能時的第一總調整量相當於各粗調電容Cc1~Cc4相對增益最大值的第一調整量。以本實施例而言，各第一細調電容Cd1~Cd10相對增益最大值的第二調整量將因此為第一調整量的1/10，亦即增益最大值的0.5%。

第二細調電容Cd11~Cd12在全部致能時的第二總調整量相當於對應各粗調電容Cc1~Cc4的該第一調整量的的製程偏移調整量。於一實施例中，如製程偏移對的影響為20%，則所需的製程偏移調整量將為增益最大值的1%（增益最大值的5%的20%）。因此，需要設置兩個具有第二調整量（增益最大值的0.5%）的第二細調電容Cd11~Cd12。

上述的粗調電容Cc1~Cc4以及細調電容Cd1~Cd12可分別透過例如但不限於切換電路300以及切換電路310而致能或抑能。藉由不同的致能組合，粗調電容Cc1~Cc4以及細調電容Cd1~Cd12可對增益達到不同準位的增益調整結果。

須注意的是，由於需要達到線性的累加調整結果，粗調電容Cc1~Cc4以及細調電容Cd1~Cd12需依序致能以累加調整量，而無法像增益控制電容陣列130中的電容可依需求任意擇一致能。

須注意的是，上述粗調電容陣列150以及細調電容陣列160的架構僅為一範例。於其他實施例中，調整粗調電容陣列150以及細調電容陣列160亦可以其他架構實現。

實際操作上，控制電路140配置以在校正模式下，判斷粗調電容Cc1~Cc4以及細調電容Cd1~Cd12對應一個預設調整範圍內的複數調整量的複數致能組合。舉例而言，在校正模式下，控制電路140可針對-10%~+10%的調整範圍，藉由切換電路300以及切換電路310控制粗調電容陣列150以及細調電容陣列160，找出在此範圍內的調整量對應的所有致能組合。

在一個範例中，對應使增益不調整或調升的調整範圍（0~10%），控制電路140可找出例如，但不限於粗調電容Cc1~Cc4以及細調電容Cd1~Cd12全部抑能、細調電容Cd1至細調電容Cd9逐一累加致能、僅致能粗調電容Cc3、致能粗調電容Cc3並使細調電容Cd1至細調電容Cd10逐一累加致能、僅致能粗調電容Cc3及Cc4、致能粗調電容Cc3及Cc4並使細調電容Cd1至細調電容Cd11逐一累加致能的致能組合。

而對應使增益調降的調整範圍（-10%~0%），控制電路140可找出例如，但不限於僅致能粗調電容Cc2、致能粗調電容Cc2並使細調電容Cd1至細調電容Cd8逐一累加致能以及僅致能粗調電容Cc2及Cc1的致能組合。

在這樣的範例中，對應-10%~+10%的調整範圍，控制電路140可找出41個不同調整量的致能組合。

須注意的是，上述的調整範圍僅為一範例，在其他實施例中控制電路140可依需求設定不同的調整範圍。並且，上述控制電路140判斷的致能組合僅為一範例。在其他實施例中，致能組合的數目與排列方式，可依調整範圍的大小以及粗調電容與細調電容的製程偏差造成的實際調整量，而有所不同。

控制電路140配置以在運作模式下接收類比至數位轉換電路110之輸出數位訊號DO之實際準位，以判斷實際準位與預估準位之偏移量，進而根據偏移量產生調整控制訊號AC。於一實施例中，控制電路140可由經驗值根據類比訊號AN的大小得知預估準位，並根據實際準位與預估準位間的最大值差異或平均功率差異決定偏移量。

於一實施例中，控制電路140可將調整量與致能組合的對應關係以查找表形式儲存於訊號增益調整電路100更包含的記憶體（圖中未繪示）中，並在獲得前述偏移量的資訊後，計算補償該偏移量所需要的調整量，以根據該調整量自查找表擷取對應的致能組合產生調整控制訊號AC。因此，調整粗調電容陣列150以及細調電容陣列160將根據調整控制訊號AC決定調整電容致能組合，進而對增益進行調整以降低偏移量。

因此，本發明的訊號增益調整電路可藉由粗調電容陣列以及細調電容陣列的設置，在對類比訊號進行增益調整時，補償例如溫度或是雜訊所造成的偏移量，避免類比至數位轉換電路產生錯誤的轉換結果。

請同時參照圖5。圖5顯示本發明一實施例中，一種具有適應機制的訊號增益調整方法500的流程圖。

除前述裝置外，本發明另揭露一種訊號增益調整方法400，應用於例如，但不限於圖1的訊號增益調整電路100中。訊號增益調整方法500之一實施例如圖5所示，包含下列步驟。

於步驟S510：使放大器120根據輸入介面接收的類比訊號AN於輸出介面產生調整類比訊號ANA至類比至數位轉換電路110。

於步驟S520：使電性耦接於輸入介面以及輸出介面間之增益控制電容陣列130與放大器120共同決定調整類比訊號ANA相對類比訊號AN之增益。

於步驟S530：使控制電路140在運作模式下，接收類比至數位轉換電路110之輸出數位訊號DO之實際準位，以判斷實際準位與預估準位之偏移量，進而根據偏移量產生調整控制訊號AC。

於步驟S540：使粗調電容陣列150以及細調電容陣列160根據調整控制訊號AC決定調整電容致能組合，進而對增益進行調整以降低偏移量。

需注意的是，上述的實施方式僅為一範例。於其他實施例中，本領域的通常知識者當可在不違背本發明的精神下進行更動。

綜合上述，本發明中具有適應機制的訊號增益調整電路及方法可藉由粗調電容陣列以及細調電容陣列的設置，在對類比訊號進行增益調整時，補償例如溫度或是雜訊所造成的偏移量，避免類比至數位轉換電路產生錯誤的轉換結果。

雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100:訊號增益調整電路 110:類比至數位轉換電路 120:放大器 130:增益控制電容陣列 140:控制電路 150:粗調電容陣列 160:細調電容陣列 200:切換電路 300、310:切換電路 500:訊號增益調整方法 S510~S540:步驟 AC:調整控制訊號 AN:類比訊號 ANA:調整類比訊號 DO:輸出數位訊號 Cc1~Cc4:粗調電容 Cd1~Cd12:細調電容 Cg0:基本增益電容 Cg1~Cg4:增益控制電容 OC:運作控制訊號

［圖1］顯示本發明之一實施例中，一種具有適應機制的訊號增益調整電路的方塊圖； ［圖2］顯示本發明之一實施例中，增益控制電容陣列更詳細的電路圖； ［圖3］顯示本發明一實施例中，增益控制電容在運作控制訊號的控制下產生不同增益的調整量，進而使類比至數位轉換電路產生不同準位的輸出數位訊號的示意圖； ［圖4］顯示本發明一實施例中，調整粗調電容陣列以及細調電容陣列更詳細的電路圖；以及 ［圖5］顯示本發明之一實施例中，一種具有適應機制的訊號增益調整方法的流程圖。

150:粗調電容陣列

160:細調電容陣列

300、310:切換電路

AC:調整控制訊號

Cc1~Cc4:粗調電容

Cd1~Cd12:細調電容

Claims (10)

1. 一種具有適應機制的訊號增益調整電路，包含： 一放大器，包含一輸入介面以及一輸出介面，以根據該輸入介面接收的一類比訊號於該輸出介面產生一調整類比訊號至一類比至數位轉換電路； 一增益控制電容陣列，電性耦接於該輸入介面以及該輸出介面間，配置以與該放大器共同決定該調整類比訊號相對該類比訊號之一增益； 一控制電路，配置以在一運作模式下，接收該類比至數位轉換電路之一輸出數位訊號之一實際準位，以判斷該實際準位與一預估準位之一偏移量，進而根據該偏移量產生一調整控制訊號； 一粗調電容陣列，包含與該增益控制電容陣列並聯的複數粗調電容，並相對該增益的一增益最大值具有彼此相同的一第一調整量； 一細調電容陣列，包含與該增益控制電容陣列並聯的複數細調電容，並相對該增益最大值具有彼此相同且小於該第一調整量的一第二調整量； 其中該粗調電容陣列以及該細調電容陣列根據該調整控制訊號決定一調整電容致能組合，進而對該增益進行調整以降低該偏移量。
2. 如請求項1所述之訊號增益調整電路，其中該控制電路更配置以在一校正模式下，判斷該等粗調電容以及該等細調電容對應一預設調整範圍內的複數調整量的複數致能組合，進一步在該運作模式下依據該偏移量選擇該等致能組合其中之一並據以產生該控制訊號。
3. 如請求項1所述之訊號增益調整電路，其中該增益控制電容陣列包含相並聯且相對該增益最大值具有複數加權二進位調整量的複數增益控制電容； 該控制電路更配置以在一系統初始模式下，依據該訊號增益調整電路與該類比至數位轉換電路間之一傳輸線長產生一運作控制訊號，以使該增益控制電容陣列根據該運作控制訊號決定一增益電容致能組合，並在該運作模式下根據該增益電容致能組合運作。
4. 如請求項1所述之訊號增益調整電路，其中該偏移量由該實際準位與該預估準位間的一最大值差異或一平均功率差異決定。
5. 如請求項1所述之訊號增益調整電路，其中該等粗調電容更包含： 複數第一粗調電容，配置以在一系統初始模式中致能，以在該運作模式中依據該調整電容致能組合抑能時，調降該增益；以及 複數第二粗調電容，配置以在該系統初始模式中預設為抑能，以在該運作模式中依據該調整電容致能組合致能時，調升該增益。
6. 如請求項1所述之訊號增益調整電路，其中該等細調電容更包含： 複數第一細調電容，在全部致能時的一第一總調整量相當於該第一調整量；以及 複數第二細調電容，在全部致能時的一第二總調整量相當於對應各該等粗調電容的該第一調整量的一製程偏移調整量。
7. 一種具有適應機制的訊號增益調整方法，應用於一訊號增益調整電路中，包含： 使一放大器根據一輸入介面接收的類比訊號於一輸出介面產生一調整類比訊號至一類比至數位轉換電路； 使電性耦接於該輸入介面以及該輸出介面間之一增益控制電容陣列與該放大器共同決定該調整類比訊號相對該類比訊號之一增益； 使一控制電路在一運作模式下，接收該類比至數位轉換電路之一輸出數位訊號之一實際準位，以判斷該實際準位與一預估準位之一偏移量，進而根據該偏移量產生一調整控制訊號； 使一粗調電容陣列以及一細調電容陣列根據該調整控制訊號決定一調整電容致能組合，進而對該增益進行調整以降低該偏移量，其中該粗調電容陣列包含與該增益控制電容陣列並聯的複數粗調電容，並相對該增益的一增益最大值具有彼此相同的一第一調整量，該細調電容陣列包含與該增益控制電容陣列並聯的複數細調電容，並相對該增益最大值具有彼此相同且小於該第一調整量的一第二調整量。
8. 如請求項7所述之訊號增益調整方法，更包含： 使該控制電路在一校正模式下，判斷該等粗調電容以及該等細調電容對應一預設調整範圍內的複數調整量的複數致能組合，進一步在該運作模式下依據該偏移量選擇該等致能組合其中之一並據以產生該控制訊號。
9. 如請求項7所述之訊號增益調整方法，其中該增益控制電容陣列包含相並聯且相對該增益最大值具有複數加權二進位調整量的複數增益控制電容，該訊號增益調整方法更包含： 使該控制電路在一系統初始模式下，依據該訊號增益調整電路與該類比至數位轉換電路間之一傳輸線長產生一運作控制訊號至該增益控制電容陣列以決定一增益電容致能組合，並在該運作模式下使該增益控制電容陣列根據該增益電容致能組合運作。
10. 如請求項9所述之訊號增益調整方法，更包含： 使該等粗調電容更包含的複數第一粗調電容在一系統初始模式中致能，以在該運作模式中依據該調整電容致能組合抑能時，調降該增益；以及 使該等粗調電容更包含的複數第二粗調電容在該系統初始模式中預設為抑能，以在該運作模式中依據該調整電容致能組合致能時，調升該增益。

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