TWI458265B - 用於位元極化編碼的方法及系統 - Google Patents

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TWI458265B TW098110727A TW98110727A TWI458265B TW I458265 B TWI458265 B TW I458265B TW 098110727 A TW098110727 A TW 098110727A TW 98110727 A TW98110727 A TW 98110727A TW I458265 B TWI458265 B TW I458265B
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Description

用於位元極化編碼的方法及系統
此處所呈現的教示係關於電子電路。更特定而言，該等教示關於數位資料編碼之方法及系統，且引用該方法及系統之電子電路。
A/D及D/A轉換器廣泛用於電子產業。在轉換類比信號成為數位信號時，該類比信號根據某種頻率以離散點方式取樣。在這些取樣點處該類比信號的電壓被進行測量。然後在一取樣點處每個測量的電壓使用具有複數個二元化位元之數位碼進行編碼。這種數位碼可用於代表該取樣的類比值，並可在一數位手段中傳送到一目的地。一旦代表一類比值的數位碼由一接收器收到之後，該數位碼可由一D/A轉換器解碼來得到類似於被編碼的原始電壓之一估計電壓。第1(a)圖所示為一典型的A/D及D/A處理流程。在第1(a)圖中，一A/D轉換器110採用一類比信號A做為輸入，而產生一數位碼B做為輸出。該數位碼B經常由一數位信號處理器115處理來產生一數位信號C。當數位信號C被傳送且由一接收器120收到時，其接著可應用在一D/A轉換器130處的D/A處理，並基於數位信號C產生一復原的類比信號C’。
代表該類比信號之一特定取樣電壓的數位碼依以往方式根據該樣本的電壓位準基於一查詢表由A/D轉換器110來決定。例如，第1(b)圖(先前技藝)所示為一典型的A/D轉換器110。一類比信號A首先由一類比取樣單元140取樣來產生個別的類比電壓做為輸出。對於每個這種類比電壓，一A/D查詢單元150基於一查詢表160決定代表該類比電壓的一數位碼。
一D/A轉換器倒轉該程序來轉換一數位碼，以產生該數位碼所代表的一類比電壓。此係示於第1(c)圖(先前技藝)，其中在一D/A轉換器130中的D/A查詢單元170基於一收到的數位碼C查閱查詢表160來產生一類比電壓。然後所代表的類比電壓被傳送到一類比信號產生器180，其可利用不同的類比電壓來產生一估計的類比信號C’。
第1(d)圖(先前技藝)所示為一範例性查詢表160，其中左側行190列出多種類比電壓的範圍，且相對應地右側行195提供不同電壓範圍的14位元數位碼。例如，對於零電壓，數位碼為「00 0000 0000 0000」。對於範圍在+0.000122v及+0.000244v之間的電壓，該相對應數位碼為「00 0000 0000 0001」。對於範圍在-0.000122v及-0.000244v之間的電壓，該相對應數位碼為「11 1111 1111 1111」等。
根據習用的查詢表，如第1(d)圖(先前技藝)所示，當一類比信號在負方向橫跨0V時，該數位碼之所有二元化位元的狀態由0變為1。當大量的數位輸出於相同時間在相同方向上改變時(由1到0或由0到1)，因為該輸出負載電容被充電及放電，即會感應出在該電路板上的雜訊電流。在多種應用中，例如通訊應用，經常具有中心在0v的類比信號，且這種類比信號亦具有離0v的頻率差異。因此，一數位碼的所有二元化位元將經常改變狀態，其使得問題更為惡化。
對於降低數位雜訊的先前解決方案為Gray編碼，如F. Gray所提出的美國專利編號2,632,058中所揭示。此方法藉由僅允許在任兩個相鄰碼之間一個位元改變狀態來解決此問題。雖然這種解決方案解決了問題，這種方法的缺點為其實施方式需要複雜的電路來編碼及解碼資料。因此，需要一種同時降低數位雜訊及降低成本的解決方案。
本案所述諸實施例之目的即在於解決此等缺失。
本教示揭示一種用於實現位元極化格式之方法及系統，以及其應用。第2圖所示為根據本教示一具體實施例中用於位元極化格式編碼之高階方塊圖200。一數位碼205為具有複數個二元化位元之二元碼。例如，一數位碼可具有14個二元化位元，其每一者之狀態為0或1。這種二元碼可以為來自一A/D轉換器(未示出)的一輸出。根據本教示，當收到一數位碼205時，其由一位元極化格式(Bit polarization format,BPF)單元210修改而產生一修改的數位碼215。相較於數位碼205，修改的數位碼215由倒轉數位碼205之位元狀態的某一部份而得到。例如，實質上可以倒轉數位碼205中該等位元的一半。當本教示用於連結一A/D轉換器時，利用該位元極化格式係為了平衡由0改變到1之位元數目，以及由1改變到0之位元數目，特別是當該類比信號為一小信號時。
在該接收器側上(未示出)，當收到修改的數位碼215時，一BPF解碼器220執行一倒轉作業來基於修改的數位碼215復原數位碼205。當BPF編碼器210倒轉某些位元時，BPF解碼器220應用倒轉到已經由BPF編碼器210倒轉的相同位元。一種示例性BPF編碼方式係要交替被倒轉的位元，即交替位元極化格式或ABPF。此可確保在當位元總數為偶數時可以倒轉該等位元之一半，而當位元數目為奇數時，倒轉該等位元總數實質上的一半。第3圖所示為BPF編碼器210與BPF解碼器220之ABPF轉換表。
在第3圖中，為根據本教示一具體實施例中用於使用位元極化格式幫助由一類比電壓到一數位碼及由一數位碼到一修改的數位碼之轉換的轉換表。左側行190與中間行195對應於第1(d)圖中左側行190與右側行195。第3圖之右側行310對應於BPF編碼。對於該表格中的每個數位碼(一列)，該修改的數位碼可藉由倒轉在該給定數位碼中每一個其它位元來得到。例如，對於對應於類比電壓0V之所有皆為零的一數位碼，該修改的數位碼為「10 1010 1010 1010」。類似地，對於對應於與0V有小差異(即-0.000122V)的數位碼「11 1111 1111 1111」，該修改的數位碼為「01 0101 0101 0101」。由此可看出i由0V到-0.000122V，該等數位碼由皆為零改變成皆為1，其具有此處所討論的問題。利用該等修改的數位碼，可避免大約一半的這些改變，因此可降低關聯於該原始數位碼之數位雜訊。
第4圖為根據本教示一具體實施例之A/D及D/A處理流程當中加入BPF編碼的方塊圖400。第4圖所示之方塊圖結構，除了加入BPF編碼器210與BPF解碼器220之外，非常類似於第1圖所示者。在此所述的具體實施例中，由A/D轉換器110產生的一數位碼由BPF編碼器210修改以根據一預定的編碼方式產生一修改的數位碼。這種預定的方式可以對應於第3圖所示者，或可為適當的任何編碼方式(如第5(a)圖至第5(c)圖中所示者)。
第4圖中的接收器410在收到該修改的數位碼時，先解碼來復原已經被修改的該數位碼。然後所產生的數位碼被傳送到該D/A轉換器而產生該原始類比電壓A的一估計A’。
第5(a)圖至第5(e)圖所示為根據本教示之具體實施例的不同示例性位元極化格式。第5(a)圖所示為根據本教示一具體實施例中交替位元被倒轉來達成位元極化的示例性方式。在第5(a)圖中，左側電路510代表一BPF編碼器之示例性實施，其具有交替配置的倒轉器來達成交替的位元倒轉。電路510之該等輸出共同代表該修改的數位碼。右側電路515代表一BPF解碼器之示例性實施，其具有配置成與BPF編碼器510中相同組態的倒轉器而復原該原始數位碼。電路515之該等輸出共同代表該解碼的數位碼。
第5(b)圖所示為根據本教示一具體實施例中倒轉該等位元之大約一半來達到位元極化的不同示例性方式。在第5(b)圖中，左側電路520代表一BPF編碼器之示例性實施，其將倒轉器配置在該電路之頂端部份中來倒轉該等位元之第一半部。這第一半部可對應於一數位碼之該等最低有效位元或最高有效位元。右側電路525代表一BPF解碼器之示例性實施，其具有配置成與BPF編碼器520中相同組態的倒轉器而復原該原始數位碼。
第5(c)圖所示為根據本教示一具體實施例中倒轉該等位元之大約一半來達到位元極化的另一不同的示例性方式。在第5(c)圖中，左側電路530代表一BPF編碼器之示例性實施，其將倒轉器配置在該電路之底端部份中來倒轉該等位元之底部半部。這底部半部可對應於一數位碼之該等最高有效位元或最低有效位元。右側電路535代表一BPF解碼器之示例性實施，其具有配置成與BPF編碼器530中相同組態的倒轉器而復原該原始數位碼。
第5(d)圖所示為根據本教示一具體實施例中倒轉該等位元之大約一半來達到位元極化的又另一不同的示例性方式。在第5(d)圖中，左側電路540代表一BPF編碼器之示例性實施，其具有對應於一數位碼之位元總數的大約一半的倒轉器，並以連續方式配置在該電路之任何中間部份中來倒轉該等位元之相對應的一半。對於中間部份，只要其不包括該最低及最高有效位元的任何地方。右側電路545代表一BPF解碼器之示例性實施，其具有配置成與BPF編碼器540中相同組態的倒轉器而復原該原始數位碼。
第5(e)圖所示為根據本教示一具體實施例中倒轉該等位元之大約一半來達到位元極化的另一不同的示例性方式。在第5(e)圖中，左側電路550代表一BPF編碼器之示例性實施，其具有對應於一數位碼之位元總數的大約一半的倒轉器，其配置成複數個叢集，其每一者可具有不同數目的倒轉器，並散佈在該電路之未鄰接部份中，以倒轉該等位元之相對應的一半。右側電路555代表一BPF解碼器之示例性實施，其具有配置成與BPF編碼器550中相同組態的倒轉器而復原該原始數位碼。
所揭示的所有具體實施例皆具有簡單及低成本的實施方式，並可達到避免所有位元同時改變狀態的目標，因此可降低該數位雜訊。
本發明係參照某些例示的具體實施例進行說明，此處所使用的敘述為說明用敘述，而非限制用敘述。在該等附屬申請專利範圍之限定範圍內可以進行改變，其皆未悖離本發明之態樣中的範疇及精神。雖然本發明已經參照特定的結構、動作及材料進行說明，本發明並不受限於所揭示的特定事項，而可實施成多種廣泛的形式，其中一些可能相當不同於所揭示的該等具體實施例，並延伸到所有同等的結構、動作及材料，例如在附屬申請專利範圍之範疇內。
110．．．類比/數位轉換器
115．．．數位信號處理器
120．．．接收器
130．．．數位/類比轉換器
140．．．類比取樣單元
150．．．類比/數位查詢單元
160．．．查詢表
170．．．數位/類比查詢單元
180．．．類比信號產生器
190．．．左側行
195．．．右側行
200．．．高階方塊圖
205．．．數位碼
210．．．位元極化格式編碼器
215．．．修改的數位碼
220．．．位元極化格式解碼器
310．．．數位碼
400．．．方塊圖
410．．．接收器
510．．．左側電路
515．．．右側電路
520．．．左側電路
525．．．右側電路
530．．．左側電路
535．．．右側電路
540．．．左側電路
545．．．右側電路
550．．．左側電路
555．．．右側電路
此處所主張及/或描述的發明進一步藉由示例性具體實施例來說明。這些示例性具體實施例參照該等圖面詳細說明。這些具體實施例為非限制性示例性具體實施例，其中類似的參考編號代表所有數個圖面中的類似結構，且其中：
第1(a)圖至第1(d)圖(先前技藝)為一習用的A/D及D/A處理流程，以及如何數位編碼及解碼類比資訊；
第2圖為根據本教示一具體實施例中位元極化格式編碼的高階方塊圖；
第3圖為根據本教示一具體實施例中用於使用位元極化格式由幫助一類比電壓到一數位碼及由一數位碼到一修改的數位碼之轉換的轉換表；
第4圖為根據本教示一具體實施例之A/D及D/A處理流程內容當中加入BPF編碼的方塊圖400；及
第5(a)圖至第5(e)圖為根據本教示之具體實施例的位元極化編碼之不同的示例性實施。
200．．．高階方塊圖
205．．．數位碼
210．．．位元極化格式編碼器
215．．．修改的數位碼
220．．．位元極化格式解碼器

Claims (16)

  1. 一種用於轉換一類比信號到一數位信號之方法，該方法包含以下步驟：接收一類比信號；測量相關於一取樣點之該類比信號的一電壓；基於該測量的電壓，選擇包含複數個二元化位元之一數位碼；倒轉該數位碼之該等複數個二元化位元之實質上的一半，以產生一修改的數位碼來代表在該取樣點處的該類比信號，而無須考量該等二元化位元的狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半包含：該等二元化位元之交替的位元。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半包含：該等二元化位元之一第一半部。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半包含：該等二元化位元之一第二半部。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半對應於連續的二元化位元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半對應於複數個連續的二元化位元。
  7. 一種用於轉換一數位信號到一類比信號之方法，該方法包含以下步驟：接收被編碼成具有包含複數個二元化位元之一數位碼的一數位信號；倒轉該等複數個二元化位元之實質上的一半，以產生一修改的數位碼，而無須考量該等二元化位元的狀態；決定由該修改的數位碼所代表的一取樣點處該類比信號之一電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半包含：該等二元化位元之交替的位元。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半包含：該等二元化位元之一第一半部。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半包含：該等二元化位元之一第二半部。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半對應於連續的二元化位元。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該等複數個二元化位元之一半對應於複數個連續的二元化位元。
  13. 一種包含一A/D轉換器之電子電路，該電子電路包含：一電路，該電路配置成執行一種功能，且該電路具有一部份能夠轉換一類比信號到一數位信號，其中轉換一類比信號到一數位信號之該部份包含：一接收部，該接收部能夠接收一類比信號；一測量部，該測量部能夠決定相關於一取樣點之該類比信號的一電壓；一轉換部，該轉換部能夠基於該類比信號之該電壓選擇包含複數個二元化位元之一數位碼；一倒轉部，該倒轉部能夠倒轉該數位碼之該等複數個二元化位元之實質上的一半，以產生一修改的數位碼來數位式代表在該取樣點處的該類比信號，而無須考量該等二元化位元的狀態。
  14. 一種包含一D/A轉換器之電子電路，該電子電路包含：一電路，該電路配置成執行一種功能，且該電路具有一部份能夠轉換一數位信號到一類比信號，其中轉換一數位信號到一類比信號之該部份包含：一能夠接收包含複數個二元化位元之一數位碼 的部份；一倒轉部，該倒轉部能夠倒轉該等複數個二元化位元之實質上的一半，以產生代表在一取樣點處的該類比信號之一修改的數位碼，而無須考量該等二元化位元的狀態；一轉換部，該轉換部能夠決定由該修改的數位碼所代表的該取樣點處該類比信號之一電壓。
  15. 一種用於降低數位雜訊的方法，該方法包含以下步驟：接收被編碼成具有包含複數個二元化位元之一數位碼的一數位信號；倒轉該數位碼的該等複數個二元化位元之實質上的一半，以產生一修改的數位碼，以降低關聯於該數位碼之數位雜訊，而無須考量該等二元化位元的狀態。
  16. 一種用於降低數位雜訊的方法，該方法包含以下步驟：接收被編碼來降低關聯於一相對應數位碼之數位雜訊的一數位信號，其中該數位信號包括複數個二元化位元；倒轉該數位信號之該等複數個二元化位元之實質上的一半來復原該相對應數位碼，而無須考量該等 二元化位元的狀態。
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