TWI410122B - 成形空間濾波器之空間反應之方法及系統 - Google Patents

成形空間濾波器之空間反應之方法及系統 Download PDF

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TWI410122B
TWI410122B TW094125143A TW94125143A TWI410122B TW I410122 B TWI410122 B TW I410122B TW 094125143 A TW094125143 A TW 094125143A TW 94125143 A TW94125143 A TW 94125143A TW I410122 B TWI410122 B TW I410122B
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Stephan Hengstler
Ramakrishna Kakarala
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Avago Tech Ecbu Ip Sg Pte Ltd
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Description

成形空間濾波器之空間反應之方法及系統
本發明揭示一種空間濾波器，其包括數個在時間域中產生個別信號之光偵測器。該等個別信號隨後被分割並組合以形成來自空間濾波器之I通道及Q通道輸出。在I及Q通道形成之前，使用一窗函數來成形該空間濾波器之該空間響應。
通常將窗函數應用於信號以改變信號之頻譜。例如，可使用窗函數來抑制信號頻譜中之旁瓣。有些窗函數(例如Blackman、Hanning及Hamming)具有預定形狀。其它窗函數(包括Kaiser)具有可調整或用戶定義之形狀。
圖1係根據先前技術之開窗系統之一示意圖。開窗系統100包括空間濾波器102及窗函數104。空間濾波器102包括光偵測器106、108、110、112之一重複圖案。光偵測器106、108、110、112產生個別信號，該些個別信號經組合及求和114、116分別形成信號118、120。信號118通常被稱為同相(I)通道而信號120通常被稱為正交(Q)通道。
I及Q通道可具有模糊之頻率、雜訊及漏失。該些因素使得難以解釋I及Q通道所包含之資訊。因此，將窗函數104應用於該通道以修改信號之頻譜並提高其解析度。
根據本發明，提供一種用於空間開窗之方法及系統。空間濾波器包括數個在時間域中產生個別信號之光偵測器。該些個別信號隨後被分割並組合以形成來自該空間濾波器之I通道及Q通道輸出。在I通道和Q通道形成之前，使用一窗函數來成形空間濾波器之空間響應。
提供以下說明旨在使所屬領域之技術人員能夠製作並使用本發明之實施例，且出於專利申請及其要求之緣故提供以下說明。所屬領域之技術人員易知對所揭示實施例之各種修改，且本文中之一般原理可應用於其它實施例。因此，本發明並非意欲受所示實施例之限制，而要賦予其與隨附申請專利範圍及本文所述原理和特徵相一致之最寬廣範疇。
參照附圖且特別參照圖2，其顯示本發明一實施例中一窗函數之曲線圖。窗函數200之形狀由一系列光偵測器所形成，此一系列光偵測器經設計以近似窗函數200並成形一空間濾波器之空間響應。下文結合圖3及圖4－8更詳細描述用於成形一個或多個空間濾波器之空間響應之技術。
圖3係圖2實施例中一系列光偵測器之示意圖。該系列光偵測器300近似圖2之窗函數。設計成帶有光偵測器300之空間濾波器具有N＝2，其中N代表一系列四個光偵測器之重複次數。雖然圖3以矩形形狀描繪光偵測器，但本發明之其它實施例不限定於此構造。空間濾波器中之光偵測器可構建成任何形狀，例如正方形或橢圓形。
已形成每個光偵測器使其具有一實體區域，該實體區域經設計以產生與一相應窗係數成比例之一信號電平。在圖3之實施例中，光偵測器之高度302係固定之而每個光偵測器之寬度被調整以產生所期望之實體區域。在本發明之另一實施例中，光偵測器之寬度係固定之而調整一個或多個光偵測器之高度。在本發明之又一實施例中，一個或多個光偵測器之高度和寬度依照一特定窗函數進行調整。而且最後，在本發明之又一實施例中，獨立於其它偵測器調整一個或多個光偵測器之實體區域，以使某些或全部偵測器之高度不同於其它偵測器之高度，某些或全部偵測器之寬度不同於其它偵測器之寬度，或獨立於其它之偵測器來調整某些或全部偵測器之高度和寬度。
光偵測器306之寬度304由a(x1 )W確定，其中a(x1 )代表一窗係數且W代表一固定基線寬度。將寬度304乘以窗係數a(x1 )來調整光偵測器306之實體區域，以使光偵測器306在x1 點產生空間窗函數(見圖2)。光偵測器310之寬度308由a(x2 )W界定，其中a(x2 )代表不同於a(x1 )之窗係數。值a(x2 )W確定光偵測器310之實體區域，以使偵測器310在x2 點產生空間窗函數。
光偵測器314之寬度312由a(x3 )W確定，其中a(x3 )代表另一窗係數。同樣，窗係數a(x3 )為在x3 點產生空間窗函數之光偵測器314產生一區域。類似之，光偵測器318、322、326、330、334之寬度316、320、324、328、332分別由方程式a(x4 )W、a(x5 )W、a(x6 )W、a(x7 )W、a(x8 )W支配。窗係數a(x4 )、a(x5 )、a(x6 )、a(x7 )、a(x8 )均產生分別在x4 至x8 點處產生空間窗函數之實體區域。因此，藉由改變光偵測器306、310、314、318、322、326、330、334之實體區域，光偵測器共同產生窗函數200。
在圖3之實施例中，光偵測器306、310、314、318、322、326、330、334之間之距離336、338、340、342、344、346、348分別相等。在本發明之其它實施例中，距離336、338、340、342、344、346、348中之某些或全部不相等。因此，光偵測器306、310、314、318、322、326、330、334之實體區域，距離336、338、340、342、344、346、348，或兩者可由經設計以從一空間濾波器產生所期望空間響應之特定窗函數來確定。偵測器306、310、314、318、322、326、330、334之該區域及距離336、338、340、342、344、346、348使用(例如)互補金屬氧化物半導體(CMOS)製造技術形成。
參照圖4，其顯示本發明之實施例中沒有開窗之一空間濾波器之頻率響應曲線之曲線圖及具有開窗之一空間濾波器之頻率響應曲線之曲線圖。頻率響應曲線400係在沒有空間開窗之情況下產生之。頻率響應曲線402係由具有與Hamming窗函數成比例之光偵測器區域之空間濾波器產生之。如圖4中所示，與曲線400相比較，頻率響應曲線402具有更寬之主瓣及受抑制之旁瓣404。頻率響應曲線402之減少之旁瓣抑制噪聲並使得更易於偵測I及Q通道中之正弦分量。
圖3所示之經設計帶有一系列光偵測器之空間濾波器在濾波器中心具有最大之實體偵測器區域(偵測器318、322)。相鄰偵測器314、326、310、330、306、334之寬度隨著偵測器離開中心而變小，從而使濾波器之頻率響應之下降逐漸變細。在本發明之另一實施例中，可以一種不同於圖3之方式使該下降逐漸變細。而且，最大偵測器區域可包括定位在空間濾波器中任意位置之任意數量之偵測器。
因此，在本發明之其它實施例中，可依據不同類型之窗函數來確定一個或多個光偵測器之實體區域。當設計空間濾波器時，藉由選擇一窗函數確定該空間濾波器之空間響應之所期望形狀。例如，在本發明之其它實施例中，可使用諸如Blackman、Hanning及用戶定義窗函數等窗函數。
參照圖5，其顯示本發明一實施例中之一第一空間濾波器結構之方塊圖。空間濾波器500包括偵測器塊502及阻斷圖案504。在圖5之實施例中，偵測器塊502包括四個光偵測器。
阻斷圖案504阻止光射到偵測器塊502中一個或多個光偵測器之某些表面或整個表面。阻斷所有或者某些表面減少了由光偵測器產生之信號量。設計阻斷圖案以使每個光偵測器產生之信號量與該光偵測器之特定窗係數成比例。使用由偵測器塊502和阻斷圖案504聯合產生之信號確定空間濾波器500之空間響應之形狀。阻斷圖案504包括一製作在本發明一實施例中一個或多個光偵測器之部分表面或整個表面上之金屬板。在本發明之其它實施例中，阻斷圖案504包括覆蓋在一個或多個光偵測器之部分表面或整個表面上之任意類型之不透明掩膜。
由偵測器塊502中每個光偵測器產生之信號藉由信號線508傳送至求和塊506。求和塊506對個別信號進行組合並分別在線512及514上產生I及Q信號。儘管在圖5中描述有四個光偵測器和一組I及Q通道，但係本發明之其它實施例可包括產生所期望數量之I及Q通道之任意數量之光偵測器。
圖6係本發明一實施例中之一第二空間濾波器結構之示意圖。空間濾波器600包括光偵測器602、604、606、608和來自圖1中之求和電路114、116。光偵測器602、604、606、608可具有相同之用於偵測光之實體區域或具有彼此獨立設定尺寸之多個區域。並且每個光偵測器602、604、606、608之實體形狀可採取任意所期望之形狀，包括但不限於：正方形、矩形及橢圓形。
光偵測器602、604、606、608所產生之每個信號分別經由類比乘法電路610、612、614、616乘以一特定窗係數。然後，求和電路114、116組合並求和開窗信號，以分別在線618、620上產生I及Q通道。與乘法電路610、612、614、616相關之窗係數之值取決於空間濾波器600之空間響應之所期望形狀及用於成形空間響應之窗函數之類型。
參照圖7，其顯示本發明之一實施例中一第三空間濾波器結構之示意圖。空間濾波器700包括光偵測器702、704、706、708及來自圖1之求和電路114、116。光偵測器702、704、706、708可具有用於偵測光之相同實體區域或具有彼此獨立設定尺寸之多個區域。並且，每個光偵測器702、704、706、708之實體形狀可採取任意所期望之形狀，包括但不限於：正方形、矩形及橢圓形。
類比－數位轉換器710、712、714、716分別將光偵測器702、704、706、708所產生之每個信號轉換成數位信號。然後，數位信號經由數位乘法電路718、720、722、724乘以一個特定窗係數。與乘法電路718、720、722、724相關之窗係數之值取決於空間濾波器700之空間響應之所期望形狀及用於成形空間響應之窗函數之類型。然後，求和電路114、116組合並求和開窗信號，以分別在線726、728上產生I及Q通道。
圖8係一根據圖6和圖7之實施例可使用的第一可程式化開窗系統之方塊圖。可程式化開窗系統800包括光偵測器塊802、乘法塊804、程式化塊806、記憶體808及求和塊810。在本發明之一實施例中，光偵測器塊802、乘法塊804、程式化塊806、記憶體808及求和塊810一同製造。然而，在本發明之其它實施例中，一個或多個塊可個別製造或作為離散組件製造。
由偵測器塊802中每個光偵測器所產生之個別信號藉由線812傳送至乘法塊804。乘法塊804將一個或多個信號乘以相應之窗係數。在應用窗係數之前，可將信號轉換成數位信號。
窗係數由程式化塊806輸入乘法塊804。在本發明之一實施例中，藉由信號線814將一個或多個窗係數輸入程式化塊806。在本發明之另一實施例中，將窗係數儲存於記憶體808中。程式化塊806自記憶體808中讀取一個或多個窗係數並程式化乘法塊804。在開窗系統800之作業期間，信號線814及記憶體808允許以不同之值程式化及再程式化乘法塊804中之窗係數。
然後，藉由線816將經開窗信號輸入求和塊810。求和塊810組合並求和該等信號以在線818、820上產生I及Q通道。如同圖6和圖7所示之實施例，窗係數之值取決於空間響應之所期望形狀及用於成形空間響應之窗函數之類型。
圖6－8使用四個光偵測器來產生一組I及Q通道。然而，本發明之實施例並不侷限於此構造。一個或多個空間濾波器可包括產生所期望數量之I及Q通道之任意數量的光偵測器。
參照圖9，其顯示本發明一實施例中第二可程式化開窗系統之方塊圖。可程式化開窗系統900包括由離散光偵測器902、904、906、908構成之一陣列、由離散光偵測器910、912、914、916構成之一第二陣列、由離散光偵測器918、920、922、924構成之一第三陣列及由離散光偵測器926、928、930、932構成之一第四陣列。四個光偵測器陣列形成一在線118上產生I通道及在線120上產生Q通道之空間濾波器。
一開關陣列934連接至光偵測器902、904、906、908，而一系列開關936則連接至光偵測器910、912、914、916。類似地，開關陣列938、940分別連接至光偵測器918、920、922、924及光偵測器926、928、930、932。控制器942輸出控制信號944，該等控制信號控制連接至離散光偵測器902－932之開關之位置。儘管在圖9中僅顯示四個控制信號944，但在本發明之一實施例中，控制器942能夠給連接至離散光偵測器之每個開關產生並傳送一控制信號。
藉由打開或閉合特定之開關，用於產生信號946、948、950、952之離散光偵測器之數量可程式化且可在空間濾波器運作期間予以修改。在圖9之實施例中，閉合連接至離散光偵測器904、906之開關陣列934中之開關。因此，離散光偵測器904、906形成產生信號946之「有效」光偵測器954。開關陣列936、938中之開關均被閉合，從而允許離散光偵測器910、912、914、916及離散光偵測器918、920、922、924分別形成「有效」光偵測器956、958。而且，有效光偵測器956、958分別產生信號948、950。而且最後，經構造具有離散光偵測器930、932之「有效」光偵測器960產生信號952。用於形成每個有效光偵測器之離散光偵測器之數量由一特定窗函數確定，其中每個有效光偵測器所產生之信號量與一特定窗係數成比例。
信號944、948被輸入求和塊114以在線962上產生I通道，而信號946、950被輸入求和塊116以在線964上產生Q通道。因此，空間濾波器之空間響應由用於形成有效光偵測器954、956、958、960之離散光偵測器之特定組合所產生之信號來成形。
儘管圖9描述每個陣列中具有四個離散光偵測器，但本發明之其它實施例在一個陣列中可包括任意數量之離散光偵測器。而且，每個離散光偵測器902－932可具有用於偵測光之相同實體區域或具有彼此獨立設定尺寸之多個區域。而且包含在空間濾波器中之每個離散光偵測器之實體形狀可採取任意所期望之形狀，包括但不限於：正方形、矩形及橢圓形。
100．．．開窗系統
102．．．空間濾波器
104．．．窗函數
106．．．光偵測器
108．．．光偵測器
110．．．光偵測器
112．．．光偵測器
114．．．求和電路
116．．．求和電路
118．．．信號/線
120．．．信號/線
200．．．窗函數
300．．．光偵測器
304．．．寬度
306．．．光偵測器
308．．．寬度
310．．．光偵測器
312．．．寬度
314．．．光偵測器
318．．．光偵測器
322．．．光偵測器
326．．．光偵測器
330．．．光偵測器
334．．．光偵測器
316．．．寬度
320．．．寬度
324．．．寬度
328．．．寬度
332．．．寬度
306．．．光偵測器
310．．．光偵測器
314．．．光偵測器
318．．．光偵測器
322．．．光偵測器
326．．．光偵測器
330．．．光偵測器
334．．．光偵測器
336．．．距離
338．．．距離
340．．．距離
342．．．距離
344．．．距離
346．．．距離
348．．．距離
400．．．頻率響應曲線
402．．．頻率響應曲線
404．．．旁瓣
500．．．空間濾波器
502．．．偵測器塊
504．．．阻斷圖案
508．．．信號線
506．．．求和塊
512．．．線
514．．．線
600．．．空間濾波器
602．．．光偵測器
604．．．光偵測器
606．．．光偵測器
608．．．光偵測器
610．．．乘法電路
612．．．乘法電路
614．．．乘法電路
616．．．乘法電路
618．．．線
620．．．線
700．．．空間濾波器
702．．．光偵測器
704．．．光偵測器
706．．．光偵測器
708．．．光偵測器
718．．．乘法電路
720．．．乘法電路
722．．．乘法電路
724．．．乘法電路
726．．．線
728．．．線
800．．．可程式化開窗系統
802．．．光偵測器塊
804．．．乘法塊
806．．．程式化塊
808．．．記憶體
810．．．求和塊
812．．．線
814．．．信號線
816．．．線
818．．．線
820．．．線
900．．．可程式化開窗系統
902．．．光偵測器
904．．．光偵測器
906．．．光偵測器
908．．．光偵測器
910．．．光偵測器
912．．．光偵測器
914．．．光偵測器
916．．．光偵測器
918．．．光偵測器
920．．．光偵測器
922．．．光偵測器
924．．．光偵測器
926．．．光偵測器
928．．．光偵測器
930．．．光偵測器
932．．．光偵測器
936．．．開關
938．．．開關陣列
940．．．開關陣列
942．．．控制器
944．．．控制信號
946．．．信號
948．．．信號
950．．．信號
952．．．信號
934．．．開關陣列
954．．．「有效」光偵測器
956．．．「有效」光偵測器
958．．．「有效」光偵測器
960．．．「有效」光偵測器
962．．．線
964．．．線
960．．．「有效」光偵測器
結合附圖參閱上文中對本發明實施例之詳細闡釋可最佳地理解本發明，其中：圖1係先前技術之一開窗系統之示意圖；圖2係本發明一實施例中一窗函數之曲線圖；圖3係圖2之一實施例中一系列偵測器之示意圖；圖4係本發明一實施例中一沒有開窗之空間濾波器之空間響應曲線圖和一具有開窗之空間濾波器之空間響應曲線圖；圖5係本發明一實施例中一第一空間濾波器結構之方塊圖；圖6係本發明一實施例中一第二空間濾波器結構之示意圖；圖7係本發明一實施例中一第三空間濾波器結構之示意圖；圖8係圖6和圖7之實施例之一第一可程式化開窗系統之方塊圖；及圖9係本發明一實施例中第二可程式化開窗系統之方塊圖。
200．．．窗函數

Claims (18)

  1. 一種空間窗(spatial windowing)系統，其包括：一包含複數個光偵測器之空間濾波器(spatial filter)；及根據該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器所接收之一光量成形該空間濾波器之一空間響應之構件，其中該複數個光偵測器中該一個或多個光偵測器所接收之該光量不同於該複數個光偵測器中另一個光偵測器所接收之一光量，使得該一個或多個光偵測器所產生的每個信號皆與一個別的窗係數成比例。
  2. 如請求項1之系統，其中用於根據該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器所接收之一光量成形該空間濾波器之一空間響應之該構件包括用於根據一個別的光偵測器之一區域產生一信號之構件，使得所產生的該信號與一個別的窗係數成比例。
  3. 如請求項2之系統，其中該個別的光偵測器之一區域因至少一個不同之尺寸而不同於另一個光偵測器之該區域。
  4. 如請求項1之系統，其中用於根據該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器所接收之一光量成形該空間濾波器之一空間響應之該構件包括用於阻斷光射到該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器之一表面之至少一部分之構件，以使得所產生的每個信號皆與一個別的窗係數成比例。
  5. 如請求項1之系統，其中由複數個光偵測器組成之該空 間濾波器包括一由複數個光偵測器陣列組成之空間濾波器，其中每個光偵測器陣列包含兩個或兩個以上離散光偵測器，且其中用於成形該空間濾波器之一空間響應之該構件包括用於使用每個光偵測器陣列形成一有效光偵測器之構件，以使每個有效光偵測器產生之信號與一個別的窗係數成比例。
  6. 如請求項1之系統，其中一對光偵測器之間的一距離不同於該複數個光偵測器中另一對光偵測器之間的至少一距離。
  7. 一種空間窗系統，其包括：一包括複數個光偵測器之空間濾波器；根據該複數個光偵測器中至少一個光偵測器所接收之一光量成形該空間濾波器之一空間響應之構件，其中該至少一個光偵測器所接收之該光量不同於該複數個光偵測器中另一個光偵測器所接收之一光量；一連接至每個光偵測器之輸出之乘法電路；及一可運作以使用一窗係數程式化每個乘法電路之程式化電路。
  8. 如請求項7之系統，其進一步包括一定位於每個光偵測器與每個乘法電路之間的類比-數位轉換器。
  9. 如請求項7之系統，其進一步包括一可運作以儲存該窗係數之記憶體。
  10. 一種用於成形一空間濾波器之一空間響應之方法，其包括： 在時域中產生複數個信號；及根據該空間濾波器所接收之一光量為該複數個信號開窗(Windowing)，其中該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器所接收之該光量不同於該複數個光偵測器中另一個光偵測器所接收之一光量，使得該一個或多個光偵測器所產生的每個信號皆與一個別的窗係數成比例。
  11. 如請求項10之方法，其中根據該空間濾波器所接收之一光量為該複數個信號開窗包括阻斷該空間濾波器中由該一個或多個光偵測器所接收之光之至少一部分，以使該一個或多個光偵測器中之每個光偵測器所產生之每個信號皆與一個別的窗係數成比例。
  12. 如請求項10之方法，其中為該複數個信號開窗包括根據該空間濾波器中之該複數個光偵測器中每個光偵測器之一區域產生該複數個信號。
  13. 如請求項10之方法，其中為該複數個信號開窗包括獨立於該空間濾波器中之該複數個光偵測器中另一對光偵測器之間的一距離來改變該空間濾波器中之該複數個光偵測器中一對光偵測器之間的一距離。
  14. 如請求項10之方法，其中在時域中產生複數個信號包括藉助複數個有效光偵測器產生複數個信號；及其中根據該空間濾波器接收之一光量為該複數個信號中之每個信號開窗包括藉由啟用一個別的光偵測器陣列中之一個或多個離散光偵測器來形成該複數個有效光偵 測器中之每個有效光偵測器，以使每個有效光偵測器所產生之一信號與一特定窗係數成比例。
  15. 一種用於製造一空間濾波器之方法，其包括：形成複數個光偵測器；及改變該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器可接收之一光量，使得該一個或多個光偵測器所產生的每個信號皆與一個別的窗係數成比例。
  16. 如請求項15之方法，其中改變該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器可接收之一光量包括改變該複數個光偵測器中該一個或多個光偵測器之至少一個尺寸。
  17. 如請求項15之方法，其中改變該複數個光偵測器中一個或多個光偵測器可接收之一光量包括形成一阻斷圖案以阻斷該複數個光偵測器中該一個或多個光偵測器接收之該光之至少一部分。
  18. 如請求項15之方法，其中形成複數個光偵測器包括形成包含兩個或兩個以上離散光偵測器之複數個光偵測器陣列；及其中改變一個或多個光偵測器可接收之一光量包括藉由啟用每個光偵測器陣列中一個或多個離散光偵測器來形成複數個有效光偵測器，以使每個有效光偵測器所產生之一信號與一特定窗係數成比例。
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