TWI440312B - 類比數位轉換的功能裝置 - Google Patents

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/14—Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit

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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

類比數位轉換的功能裝置
本發明係指一種類比數位轉換方法及相關之功能裝置，尤指一種分拆轉換類比訊號之類比數位轉換方法及相關之功能裝置。
隨著積體電路製程技術的進步，類比數位轉換器(analog-to-digital converters，ADC)輸出之一數位訊號的位元數越來越高。也就是說，數位訊號代表之量值與輸入之類比訊號越來越接近。當然，數位訊號的位元數提高亦表示類比數位轉換器之電路複雜度上升、佈局面積增加與雜訊抵抗需求提高。若雜訊抵抗不足，類比數位轉換器在轉換類比訊號為數位訊號的過程易產生失真，使得數位訊號位元數提升之優點被抵銷。
舉例來說，請參考第1圖，第1圖為先前技術一音頻放大裝置10之示意圖。音頻放大裝置10根據一參考電壓VR，調整一音源訊號ADO之音量，其包含一類比數位轉換器100及一放大器110。類比數位轉換器100用來將參考電壓VR轉換為N位元之一音量控制訊號VOL。放大器110用來根據音量控制訊號VOL，調整音源訊號ADO之音量，並據以輸出調整後之一音源訊號ADO’。
請繼續參考第2圖，第2圖為類比數位轉換器100中參考電壓VR對比音量控制訊號VOL之示意圖。一般來說，參考電壓VR之值域介於一電源電壓VDD及一地電壓VGND之間。若電源電壓VDD為5V、地電壓VGND為0V且N=6，音量控制訊號VOL每階間相差(5-0)/26 =78mV，表示類比數位轉換器100以78mV為轉換單位轉換參考電壓VR為音量控制訊號VOL。若電源電壓VDD降低(5V→ 2.5V)或位元數N增加(N：6→ 7)，類比數位轉換器100之轉換單位進一步降至39mV。換言之，電源電壓VDD越小或位元數N越大，表示類比數位轉換器100之精準度要求越高。
然而，當音頻放大裝置10輸出高功率時，易造成音頻放大裝置10中之電源電壓VDD及地電壓VGND漂移，並使得第2圖中之音量控制訊號VOL之位階隨之漂移，進而轉換參考電壓VR至錯誤的音量準位。當轉換單位隨著位元數N之增加而縮小時，錯誤轉換之發生機率上升，使得音頻放大裝置10輸出的音量忽大忽小。更糟的是，當封裝音頻放大裝置10之晶片腳位不足時，類比數位轉換器100常與放大器110共用電源輸入腳位，共用路徑上的寄生電阻進一步使得電源電壓VDD及地電壓VGND漂移更為嚴重，惡化音量忽大忽小的問題。
因此，如何在提升類比數位轉換器之精確度後，維持轉換操作之正確性，已成為業界的努力目標之一。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種類比數位轉換方法及相關之功能裝置。
本發明揭露一種類比數位轉換方法，用來轉換一類比訊號為一數位訊號。該類比數位轉換方法包含有拆解該類比訊號為一主類比訊號及一副類比訊號；轉換該主類比訊號為一主數位訊號；根據複數個預設區間，判斷該副類比訊號屬於該複數個預設區間之一預設區間，並據以產生一副數位訊號；以及合併該主數位訊號及該副數位訊號為該數位訊號。
本發明另揭露一種功能裝置，包含有一主輸入針腳，用來接收一主類比訊號；一副輸入針腳，用來接收一副類比訊號；一類比數位轉換器，用來轉換該主類比訊號為一主數位訊號；一分類裝置，用來根據複數個預設區間，判斷該副類比訊號屬於該複數個預設區間之一預設區間，並據以產生一副數位訊號；以及一功能晶片，用來合併該主數位訊號及該副數位訊號為一數位訊號，並據以執行該功能裝置之一功能。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一類比數位轉換流程30之示意圖。類比數位轉換流程30用來轉換一類比訊號為一數位訊號，包含有下列步驟：
步驟300：開始。
步驟302：拆解類比訊號為一主類比訊號及一副類比訊號。
步驟304：轉換主類比訊號為一主數位訊號。
步驟306：根據多個預設區間，判斷副類比訊號所屬之預設區間，並據以產生一副數位訊號。
步驟308：合併主數位訊號及副數位訊號為數位訊號。
步驟310：結束。
簡單來說，為了解決先前技術中，隨著類比數位轉換器(analog-to-digital converters，ADC)之位元數提升後所產生之雜訊抵抗、成本增加、轉換正確性等問題，本發明將類比訊號之訊號內容分拆為主類比訊號及副類比訊號，其中副類比訊號資訊量較少，僅代表類比訊號屬於類比訊號值域內之某一粗略區間，而主類比訊號資訊量較多，代表類比訊號在該粗略區間內之一較精確位置。最後，主數位訊號及副數位訊號合併為數位訊號，其結果與使用單一高位元類比數位轉換器轉換之數位訊號相同。換言之，為了降低使用類比數位轉換器之位元數，藉以擴大類比數位轉換之容錯空間，本發明將類比訊號分拆傳送，如此一來，資訊量降低之主類比訊號可以位元數較低的類比數位轉換器轉換。在相同的轉換結果下，由於降低類比數位轉換器之位元數可大幅降低電路佈局面積與製造成本，分拆式類比數位轉換可降低製造成本與擴大轉換操作的容錯空間。
具體來說，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一功能裝置40之示意圖。功能裝置40包含有一主輸入針腳(pin)400、一副輸入針腳402、一類比數位轉換器404、一分類裝置406及一功能晶片408。主輸入針腳400用來接收一主類比訊號VA_Ma。副輸入針腳402用來接收一副類比訊號VA_Mi。數位類比轉換器404用來轉換主類比訊號VA_Ma為一主數位訊號DGT_Ma。分類裝置406用來根據多個預設區間，判斷副類比訊號VA_Mi之值落在哪一個預設區間，並據以產生一副數位訊號DGT_Mi。最後，功能晶片408合併主數位訊號DGT_Ma及副數位訊號DGT_Mi為一數位訊號DGT，並據以執行功能裝置40之功能。
舉例來說，假設類比數位轉換器404為一5位元之類比數位轉換器。請參考第5A圖及第5B圖，第5A圖為一6位元之類比數位訊號轉換對照表之示意圖，第5B圖為類比數位轉換器404之一5位元類比數位轉換對照表及分類裝置406之一1位元類比數位轉換對照表之示意圖。在第5A圖及第5B圖中，每一階5位元數位訊號對應主類比訊號VA_Ma之值域為每一階6位元數位訊號對應類比訊號VA之值域的兩倍。而1位元類比數位轉換對照表由於判斷邏輯簡單，可透過簡單的邏輯電路，例如比較器，比較副類比訊號VA_Mi與一電源電壓VDD及一地電壓VGND之一平均電壓VAVG，產生1位元之副數位訊號DGT_Mi。例如，若一類比訊號VA根據第5A圖之轉換表，被轉換為6位元數位訊號DGT「111101」，分拆後之主類比訊號VA_Ma根據第5B圖之轉換表，被轉換為主數位訊號DGT_Ma「11101」，即次最大位元至最小位元(LSB)，而分拆後之副類比訊號VA_Mi被分類至一預設區間SEC1，分類裝置406對應地產生副數位訊號DGT_Mi為「1」，即最大位元(MSB)。功能晶片408合併主數位訊號DGT_Ma「11101」與副數位訊號DGT_Mi「1」之結果「DGT_Mi,DGT_Ma」=「111101」，其與數位訊號DGT「111101」相同，以達到降低類比數位轉換器位元數之目的。更具體的說，若功能裝置40為一音頻放大裝置，用來根據類比訊號VA之量值，調整音量大小至64階中之一階，則功能晶片408根據合併後之數位訊號DGT「111101」，調整音量至第61階。
當然，分拆式類比數位轉換亦可應用在不同的位元數組合。請參考第6A圖及第6B圖，第6A圖為一7位元之類比數位訊號轉換對照表之示意圖，第6B圖為類比數位轉換器404之一5位元類比數位轉換對照表及分類裝置406之一2位元類比數位轉換對照表之示意圖。在第6A圖及第6B圖中，每一階5位元數位訊號對應之類比訊號值域(容錯空間)為每一階7位元數位訊號對應之類比訊號值域的四倍，相較於第5A圖及第5B圖，更不容易產生先前技術中之跳位轉換情形。雖然分類裝置406之類比數位轉換對照表略較第5B圖複雜，但仍可透過簡單2位元類比數位轉換器達到目的。也就是說，只要主數位訊號DGT_Ma及副數位訊號DGT_Mi之位元數低於數位訊號DGT之位元數，在電路上降低類比數位轉換器之位元數即可大幅減少佈局面積，以節省成本，並增加容錯空間。
除此之外，考量到功能裝置40之封裝亦可能受限於成本而針腳不足，由於副輸入針腳402之值域分配較寬鬆，副輸入針腳402另可合併其他針腳之功能。以上述之音頻放大裝置為例，副輸入針腳402可與一静音(mute)針腳整合，在此情況下，副類比訊號VA_Mi與副數位訊號DGT_Mi之轉換對照表如第7圖所示。在第7圖中，副類比訊號VA_Mi一部分的值域(預設區間SECM)對應至靜音功能之開啟模式，當副類比訊號VA_Mi之值落在預設區間SECM時，功能晶片408不啟動音量控制，並啟動靜音功能，以達到節省針腳的目的。
在先前技術中，每一階數位訊號對應至類比訊號之值域隨著類比數位轉換器位元數之提升越來越小，使得非理想之應用條件，例如雜訊與電源電壓漂移，即可能造成類比數位轉換錯誤。相較之下，本發明將高位元之類比數位轉換分拆為較低位元之類比數位轉換，除了可避免使用高位元之類比數位轉換器外，低位元之類比數位轉換允許之容錯空間較大，可提高轉換的正確性，進而同時達到節省電路成本及確保轉換正確性的目的。
綜上所述，本發明將高位元之類比數位轉換分拆為較低位元之類比數位轉換，以同時達到節省電路成本及確保轉換正確性的目的。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
ADO．．．音源訊號
ADO’．．．調整後之音源訊號
VR．．．參考電壓
VOL．．．音量控制訊號
VDD．．．電源電壓
VAVG．．．平均電壓
VGND．．．地電壓
VA．．．類比訊號
VA_Ma．．．主類比訊號
VA_Mi．．．副類比訊號
DGT．．．數位訊號
DGT_Ma．．．主數位訊號
DGT_Mi．．．副數位訊號
SEC0、SEC1、SECM．．．預設區間
10．．．音頻放大裝置
100．．．類比數位轉換器
110．．．放大器
30．．．類比數位轉換流程
300、302、304、306、308、310．．．步驟
40．．．功能裝置
400．．．主輸入針腳
402．．．副輸入針腳
404‧‧‧類比數位轉換器
406‧‧‧分類裝置
408‧‧‧功能晶片
第1圖為先前技術一音頻放大裝置之示意圖。
第2圖為第1圖之音頻放大裝置中一類比數位轉換器中一參考電壓對比一音量控制訊號之示意圖。
第3圖為本發明實施例一類比數位轉換流程之示意圖。
第4圖為本發明實施例一功能裝置之示意圖。
第5A圖為一6位元之類比數位訊號轉換對照表之示意圖。
第5B圖為第4圖之功能裝置中一類比數位轉換器之一5位元類比數位轉換對照表及一分類裝置之一1位元類比數位轉換對照表之示意圖。
第6A圖為一7位元之類比數位訊號轉換對照表之示意圖。
第6B圖為第4圖之功能裝置之類比數位轉換器之一5位元及分類裝置之一2位元類比數位轉換對照表之示意圖。
第7圖為第4圖之分類裝置之類比數位轉換對照表之一變化實施例之示意圖。
30．．．類比數位轉換流程
300、302、304、306、308、310．．．步驟

Claims (4)

  1. 一種類比數位轉換的功能裝置，包含有：一主輸入針腳(pin)，用來接收一主類比訊號；一副輸入針腳，用來接收一副類比訊號；一類比數位轉換器，用來轉換該主類比訊號為一主數位訊號；一分類裝置，用來根據複數個預設區間，判斷該副類比訊號屬於該複數個預設區間之一預設區間，並據以產生一副數位訊號；以及一功能晶片，用來合併該主數位訊號及該副數位訊號為一數位訊號，並據以執行該功能裝置之一功能。
  2. 如請求項1所述之功能裝置，其中該每一預設區間對應至一數位值或該功能裝置之一功能模式。
  3. 如請求項1所述之功能裝置，其中該主數位訊號及該副數位訊號之位元數低於該數位訊號之位元數。
  4. 如請求項1所述之功能裝置，其中該功能裝置係一音頻放大裝置，該數位訊號係用來指示該音頻放大裝置之音量。
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