TW498621B - A parallel analog-to-digital converter - Google Patents

Description

498621 五、發明說明（1) 技術領域 以平行獨 本發明關於一平行類比對數位轉換器及 立作業程序轉換類比值為數位之方法。 ； 本發明之背景及本技藝狀態 在無線通訊裝置，輸入訊號通常需轉換 而且，該裝置發出之數位訊號通常已被轉:一數位型態。 態。該通訊所使用之一典型簡單電路圖則、為一類—比型 類比數位轉換器（ADC)l則連接至一線5及 圖1所示。一 一與使用者電路通訊之訊號處理器9，以，數位訊號至 在實際具體例，類比數位轉換器具有一通a資訊送至此。 移功能。該等誤差導致一降級性能如訊妒有誤差之轉 及亂真自由動態範圍（SFDR)。在一典型^ f噪音比（SNR) 連接至部份裝置8以使用一天線丨〇接收射4頻用例’該線5被 一單類比數位轉換器對部份應用例可'' 個單一或各別類比數位轉換器，稱為類陵。接著，多 格或類比數位轉換通道，則安置以轉換一=位轉換器邏輯 抽樣值，每一邏輯格内的轉換則平行執程序内持續 之轉換即時多重發訊，該轉換程序於後續他邏輯格 抽樣類比值。該一複合裝置則稱為是—平行j::以持續 器(PSA-ADC) ’請參閱克里斯多夫. '比數：轉換 號5, 58 5, 796。在圖2，今一呈古加、4之吳國專利案 數位轉換器則被予以圖;。;幹:”行通道的平行類比 與保持電路以，L ，;=訊號Vs則經由抽樣 ^ ^t^^ #^ M ^ 丁馬個十仃類比數位轉換器ADC 1 3丨，

五、發明說明（2) 制，以使得C的：時由值：:持控制單元15的計波訊號所控 路内。該連接至一抽樣和保持各-別抽樣和保持電 則將其保持之值與參考值比> ^ ’行類比數位轉換器 出線上該輸出字元至一多工‘ ° ^，比數位轉換器傳送輸 動被獲致做為整體裝置 :，從該處一數位字元的流 資訊的頻帶寬則將因此是：比：：：裝置的整體訊號 寬之倍數。 ^比數位轉換器通道的頻帶 計時圖被展示的J:2 ΐ J:換器裝置内轉換程序的- 豆長度等於宏中一抽樣值的轉換在一標示為19 專於零的短暫中介時期間後被執行。 此變得？ 11二頻率之重複該轉換程序，該轉換時間、因 f U ]、广1/f。’如。整體裝置的轉換頻率則是 類比數位轉換器裝置，-足夠數量平行 置以使得此整體轉換頻率如所需求般高。圖3 ^ 、，、展不類比數位轉換器邏輯袼的時間斜坡，該持 、嚼邏輯格間起始時間決定斜率等於丨/ (m · fc )。若一類比 數=轉換器裝置必須具有一 fc加的整體轉換頻率及對單一 ，輯格而言該轉換時間為tc，該平行邏輯格需要的數目m 是由下列等式所決定：m=fctQt/fc=fctQt · (1/fc)>fc，…·tc 及被一般選定以為滿足此狀況之最小整數。 該平行類比數位轉換器的邏輯格通常作動在一預定連續 模式。此外’在一平行類比數位轉換器裝置，各別轉換突 ^621 ^621 五、發明說明（3) 將各自具有 些特徵或系 音調於平行 頻率對應X 各別類比數 將限制複合 發明之摘要 本發明之 數位轉換器 本發明之 中由元件平 期望音調之 在一平行 換i裝置被 樣成數位值 數目和抽樣 轉換器裝置 轉換後，下 件裝置轉換 部份訊號型 際執行該選 隨機分佈或 的序列。而 可被使用在 不同於其他轉換器元件之特徵或系統誤差的某 統錯誤如顫動和增益誤差。此將產生非期望之 類比數位轉換器裝置的輸出訊號内，如具有一 ’ fc ± fin之音調，其中X是一整數及fin是一表示 位轉換器通道内一誤差的頻率。該等型態一般 類比數位轉換器裝置的動態範圍。 疋提供一具有一增加動態範圍的平行類比 裝置。 ^類^係提供一平行類比數位轉換器裝置其 振幅被減少。 罝内特徵差異所導致之非 類比數位轉換器裝置内，夕 提供以決定以一預定扯媒夕個平行作動70件轉 或從—輸入類比訊號為期從類比值週期抽 週期/頻率被選定以樣頻率。元件裝置的 不作動且不執行任何轉拖在母瞬間至少一元件 一抽樣值經由此元件、^在一元件裝置進行 。選定執行轉換的下或經由一預先閒置元 態的選擇產生器所控制^件裝置係經由一提供 定的選擇器。該選^ :此訊號型態控制一實 由-偽隨機產生器所心可提供-序列數目 且一具有一短週期如〇 ^的具有一長重複週期 某些案例。 ’ 0，1，· · ·的序列

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經由控制下一元株# se 足夠週期的系統方=置的選擇以進行一隨機方式或具有 比數位轉換器裝置=:轉換，該包含非期望音調的平行類 經由元件裝置彼此 合輸出訊號内型態被轉移成噪音。 體能量係約等於—2間的轉換特徵之差異所導致之誤差整 器’但該誤差係分你ί有閒置元件裝置的類比數位轉換 異所導致之脅音可以f頻率界域内。在某些案例，由該差 附圖之簡單說明 里化本曰 本發明現將以非限在 、+、甘士 |良制性具體例方式及參考附圖予以描 述，其中： ^

圖1疋一無線訊號接收裝置圖解； 圖2是=平行類比數位轉換器裝置的方塊圖； 之Γ解V明平行類比數位轉換器裝置内邏輯格的轉換次數 圖疋/、有閒置轉換通道的一平行類比數位轉換器 裝置的一方塊圖； 、σ 圖5疋圖4的平行類比數位轉換器裝置内邏輯格的轉換次 數； 圖6是圖4的平行類比數位轉換器裝置内使用的時間控制 單元的一方塊圖；

圖7則是從一具有非閒置通道的平行類比數位轉換器裝 置所獲致之輸出碼的一模擬柱狀圖，及 >圖8是一具有一閒置通道的平行類比數位轉換器裝置所 獲致之輸出碼的一模擬柱狀圖。

第9頁 五 、發明說明（5) 較佳具體例之說明 在圖4，一平行類比數位轉換器 所述之一先前技藝裝置但具有“)=般相似於連結圖2 該等圖中，m之選擇係等於4，但一、’仃通這被圖示。在 於1的值。輸入類比訊號'則經：^例中m可以是任何大 112 ’ ...，iim+1所抽樣，每個電路各，和保持電路Ul， 轉換器裝置^，132， ，13 各別對應平行類比數位 15,的計波訊號所控制，·以使;+類士如由一時間控制單元 或儲存在各別抽樣和保持電路内、。匕訊號的瞬間值被保持 比率產生以抽樣週期發生的：：：訊：係以-均- 值比較。該類比數位轉換器傳送持值與參考 致“體裝置的—輸出，每個輪數：字元流被獲 裝置的潛伏或延遲週期。 輸出子兀的傳送之前轉換 比ΐ:5轉換展表 、口口白具有抽樣值的轉換姑拙 Ε ^ 時間週期。每一通道可因此以一最：：：的的 轉換程序。無論如何，僅m_比h 率K/tc重複 閒置：該整體裝置的轉換頻率接著由f 二 内斜線的斜率所沐々 直一々 c，t〇t 一 c ’max及圖3 時，在_ 7疋。母一各別邏輯格工作’除了在閒置 從此非等i獲’二fr )〜率’ f個(m+1)邏輯格的狀況 =L tnt/ I一— = f · tc 及因此 m + 1 - tot

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之最小整數 宙tr於之/例’其中五個平行通道被使用及因此w，該 用=起始轉換之計波訊號在時間ti，心，％，...被給予一 有系統的比率。通道i在時間ti開始^抽樣值 ^ ^開始連，時間t2的轉換，通道3開始連續時的轉 換，通迢4開始連續時間、的轉換。在下一 的轉換完成及通道5未開始及因通s 5W 以鑪拖下—相，μ 、退1和通逼5可破使用 m抽樣值。通道的選擇則接著在-第-例是 以偽隨機方式，以上係基 ^機方式或至少 生器之訊號基礎的。-機次偽奴機數目的-各別產 了偽隨機或數目產生器可以傳统 存器的序列以一預定方式彼此3:士 - <立移暫 序列的一PRBS-產生器。若產 又致一偽隨機二位元 =訊號，如該被選定通道已準借在生最為邏輯-之 被選擇，其已準備於最長零之輸出訊號及通道可 擇圖4的時間控制單元因此必須包含新抽樣值。 f。在圖6的時間控制單元之方；】-，器以控制該選 】產生器2!提供—隨 圖^生器是1機 ;;兀則在由-計波訊號產生：2;1立：I和''零”顺序。 間提供。該計波 為23的计波訊號所界定& %，叫以一週期順^早控制四個暫存器25 : 25l，2^的時 __序保持…執行-轉換作“作動 五、發明說明（7) 通迢的數目。—i ·4選擇器27及 泫作動通道之四個暫存器2 5的各 選擇器2 9則連接在 2729的控制輪入則連接至計波訊:^和輪出側。選擇器 汛號控制以在每一計波脈衝 ^ =生器2 3及經由計波 器。 功步驟地改變該等選擇 另一暫存器31通常保持現為非 Ϊ 3: I於：置通道的暫存器的輸出側i ΐ Ϊ通?道的數 器33的一輸入，其也在其他輸入 …，接至一2 選擇 處之4 : 1選擇器29的輸出之一線。^暫存器2 5的輸出側 通道數目從其輸入之一推進如選擇2 : 1則被控制以將一 制，以使得其將4 : i選擇器29之 ，21之訊號所控 位元^"，及閒置通道的ι= 2向前為—： 以途制，經由一延遲電路35器33的輪出向前 號產生器23的1 4選擇器37及五_ # 至計波訊 路U1 ’ 的輪出，請參閱圖4。 接至遠抽樣和保持電 已i成轉換作匕二：暫變及!存器保持該 由兩個選擇器27，29現所選定：通其中儲存 因此連接至該等暫存器25的輸二:：存器 T存器的輸出側。中間暫存器31的輸出側透過，土之4 . 1 路41被連接至選擇產生器2 μ控制電 的輸出側則也經由—：==接的 的輸入側上i : 4選擇器27的輸入側。 接至暫存器25 498621 五、發明說明（8) 時間控制單元15的作動如下。當 號產生器23所發送，_ _1 $ 新计波脈衝由計波訊 選定J :th輸出及至選出1 :5選擇器37至 始』：讣通道的轉換程序持電路",。此開 暫存器25的輸入和輸出側兩门個時選十擇波哭m動通道移動庫 時間週期已完成其轉換時由在計波脈衝前一短 2 : 1選擇器33的位置則經由選 丄欠逼數目提供。該 制二接收該計波脈衝輸 位置至正確浐+ Ϊ: 至輸出選擇器3 7及改變該 39備通道數目接著被拷貝至中間暫存器 ° =響應選擇產生器輸出位元的控制單元41，43所控 么3 2 —位元標示—邏輯"壹'，’該為閒置通道儲存於i 存ί 25 ^逼數目則拷貝至暫存器251，如由作動通道暫 ::25的輸入側處選擇器27所選定及了 储存的通道數目為閒置通道拷貞至暫存㈣。㈣㈣所 為2上述，一平行類比數位轉換器裝置具有系統錯誤如部 徵=:錯誤’如各別類比數位轉換器彼此具有不同之;寺 誤或:Ϊ :增盈是不同於各別類比數位轉換器。該系統錯 換^梦^導致非期望音調於輸出處及結合複合類比數位轉 換1§裝置的訊號。 双m轉 該等音調限制平行類比數位轉換器裝置的動態範圍 498621 五、發明說明（9) 進行轉換的 數位轉換器 訊號失真之 整體能量則 分佈於頻率 噪音可低於 狀圖所示。 換器裝置所 些輸出碼在 出碼π表示I 螞之柱狀圖 同輸入訊號 聞置通道。 其盘無值是 下一通逼以一隨機方式或在至少兩個各別類比 之間f ί 一足夠週期之系統方式選定，稱為一 非期望音調之型態則被轉化為噪音。該錯誤之 仍約相同’但該等特徵已完全改變。該錯誤現 ，域並非在某些峰值所收集。在某些例， ϊ脅9及Α際已消失。此係經由圖7和8的柱 f此在圖7 ’如圖2所示傳統平行類比數位轉 ‘ Ϊ二？ f碼的模擬柱狀圖。在此觀察到-重複週期疋較其他碼頻繁 黃比數位轉換器裝置的數頻’的輸 係經由模擬所獲致，使用如圖?的柱：8的輸出 ，一平行類比數位轉換器具有— 圖之相 可觀察到柱狀圖係比圖；V更平—如上述方式的 比其他值更頻繁或較不頻繁。、的及特別是 498621

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Claims (1)

1. 498621 _案號89104366 夕7年j月曰 修正_^ 六、申請專利範圍 1 . 一種平行轉換器裝置，包含一預定數目的元件轉換器 裝置平行作動以持續抽樣地從類比值決定數位值，在一預 定抽樣週期重複的時間週期，從一類比訊號，在一小於或 等於抽樣週期之轉換時間週期後，每一元件裝置被安排以 提供，一表示一抽樣類比值的數位值至平行類比數位轉換 器裝置的一輸出，其特徵在於該預定數目及抽樣週期被選 定以使得在每一瞬間至少一元件轉換器裝置被閒置而未從 一類比值決定一數位值，及一選擇產生器被連接以提供一 輸出信號至一選擇器，該選擇器係配置以在一元件轉換器 裝置的轉換期間之後，在該元件轉換器裝置和至少一個閒 置的轉換器裝置之一之中選擇一個，以開始從下一個類比 值決定一數位值。 2 .如申請專利範圍第1項之平行轉換器裝置，其特徵在 於該選擇產生器為隨機或偽隨機型式。 3 . —種轉換一類比訊號為一序列數位值之方法，該方法 包含： 以一預定抽樣週期時間地重複抽樣該類比訊號以提供 類比值，為每一類比值決定一數位值，該決定係在一預定 數目的獨立平行作動程序所完成的’每一平行程序之一的 數位值之決定需要一小於或等於抽樣週期之預定轉換時間 週期， 合併所決定的數位值為一序列， 其特徵在於當一類比值被抽樣及平行程序的下一者係 開始決定一數位值時，以一隨機或系統方式在至少兩個平

   63166.ptc 第16頁 498621 案號 89104366 年 修正 々、申請專利範圍 行程序間即時選擇，該非選定平行程序或多個程序直至一 類比值再次被抽樣才進行任何一數位值之決定。 4 .如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於該選擇是 在該瞬間之前的取樣週期内已完成決定一數位值的一個平 行處理，以及在該取樣週期内並未決定任何數位值的至少 一個平行處理之中做的決定。

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