时域切换模拟数字转换器设备与方法
【专利摘要】一种时域切换之模拟/数字转换器设备与其利用方法。在一种实现方式中，转换器设备包含载波信号源、以及至少一个参考源。载波信号会与输入信号加成，且加成的调变信号被送至比较器电路。比较器用于检测调变波形与参考准位的交叉，从而产生触发事件。连续触发事件之间的时间周期被用来获得因输入信号而导致的调变信号偏差，因此能够测量输入信号。载波振荡振幅与频率的控制能够即时调整转换器动态范围和解析度。使用额外的参考信号准位能够增加感测器频率响应及准确性。双通道转换器设备能够推定共模噪音并将其移除，从而增进信号转换的准确性。
【专利说明】时域切换模拟数字转换器设备与方法
[0001]优先权及相关申请书
[0002]本申请主张2012年8月17日同时提交的美国专利申请第13/588，643号的优先权，其名称为“时域切换模拟数字转换器设备与方法”，其进一步主张2011年8月19日提交的美国临时专利申请第61/525，596号的优先权，其全部内容将结合于此并作为参考。
[0003]本申请还引用名称为“用于振荡扰动时域测量的设备及方法”的2011年6月24日所提出的美国专利申请第13/168，603号，其全部内容将结合于此并作为参考。
【技术领域】
[0004]本发明一般涉及信号转换用振荡方法与设备，具体地说涉及一种时域切换模拟数字转换器的示例性实施方式、及其实现方式和使用方法。
【背景技术】
[0005]模拟数字转换器(ADC)，是一种将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备，通常用于信号测量及其它应用。一般来说，ADC是一种将输入模拟信号(例如，电压或电流)转换成与输入信号量成比例的数字值的电子装置。 [0006]模拟数字转换器的性能一般是使用取样率(通常基于奈奎斯定理，选择所要检出最大频率的两倍)解析度(位元):用来表示模拟输入信号值的在数字化位元流中的位元数；以及最低有效位元(LSB):数字化位元流中的最低权重位元来描述。对应于ADCLSB的模拟信号值(例如，电压或电流)也称为信号解析度、或ADC电解析度。LSB表示改变ADC的输出码级所需的输入电压的最小变化。关于最先进的ADC技术，现代ADC的解析度的范围一般大致介于8位元至24位元之间。
[0007]现有ADC技术概括在表1中，且包括:delta-sigma转换器；delta调变转换器；逐步逼近(SAR)转换器、直接转换或快闪式ADC、威尔金森(Wilkinson)ADC、积分式ADC(如双斜率、四斜率)；以及管线式ADC。表1呈现了关于一些典型ADC技术的精选的性能概括和价值指标。
[0008]表1
[0009]
【权利要求】
1.一种模拟数字转换器设备，包含: 用于接收输入信号和载波信号的第一接口；以及 与所述第一接口进行信号通信的逻辑部， 所述逻辑部配置有:识别I个以上参考准位；基于所述输入信号和所述载波信号产生调变信号；通过所述调变信号检测所述I个以上参考准位的交叉；基于检测到的所述交叉，求出多个时序周期；以及至少部分基于所述多个时序周期，产生所述输入信号的I个以上推定值。
2.如权利要求1所述的转换器设备，其中，所述转换器设备进一步包含动态地可调整动态测量范围。
3.如权利要求2所述的转换器设备，其中，所述动态地可调整动态测量范围的调整至少使用所述载波信号的振幅来进行调整。
4.如权利要求3所述的转换器设备，其中，所述调整至少部分基于所述输入信号的振幅来选择。
5.如权利要求1所述的转换器设备，其中，所述输入信号的所述I个以上推定值包含2个以上独立的推定值。
6.如权利要求5所述的转换器设备，其中，所述逻辑部进一步通过合并所述两个或多个独立推定值来增加所述转换器设备的准确性。
7.如权利要求1所述的转换器设备，其中，所述转换器设备进一步包含能够减轻I个以上信号失真补偿设备。
8.如权利要求7所述的转换器设备，其中，所述补偿设备包含第二信号路径。
9.如权利要求8所述的转换器设备，其中，所述I个以上信号失真包含共模噪音，所述补偿设备能够至少部分基于所述第二信号路径来生成所述共模噪音的推定值。
10.如权利要求1所述的转换器设备，其中，所述转换器设备进一步包含取样和保持装置，所述取样和保持装置能够在所述转换器设备取样周期期间输出固定取样振幅。
11.一种将模拟波形转换成数字信号的方法，所述方法包含: 接收所述模拟波形； 将所述模拟波形与循环信号混合，生成混合波形； 基于所述循环信号定义至少I个周期； 基于所述混合波形的与至少一预定振幅准位的交叉，求出I个以上时序值；以及 至少部分基于所述I个以上时序值与所定义的至少I个周期的比较，来推定所述模拟波形的振幅。
12.如权利要求11项所述的方法，其中，所述方法进一步包含对来自噪音的I个以上的影响进行补偿。
13.如权利要求11项所述的方法，其中，所述模拟波形的所述振幅的推定行为，包含基于2个以上独立的推定演算法生成2个以上独立的值。
14.如权利要求11项所述的方法，其中，所述模拟波形包含时间变化波形。
15.如权利要求14项所述的方法，其中，所述时间变化模拟波形的所述振幅的推定行为，包括将所述模拟波形的所述时间变化量随着I个以上取样周期呈线性变化进行模型化。
16.如权利要求11项所述的方法，其中，所述定义至少I个周期包含定义多个周期，且所述方法进一步包含在所定义的所述多个周期中的至少I个周期时，关闭至少I个逻辑装置的电力，从而能够降低资源消耗。
17.如权利要求11项所述的方法，其中，所述循环信号包含非正弦波形。
18.一种非暂时性计算机可读设备，其中储存有I个以上程序，所述I个以上程序包含多个指令，当执行所述多个指令时， 接收基于输入信号和已知频率的载波而生成的调变波形； 求出多个事件的相对时序，所述多个事件包含所述调变波形与参考准位的交叉； 比较所述相对时序与从所述已知频率得到的周期；以及 至少基于所述比较，计算出所述输入信号的推定值。
19.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读设备，其中，所述指令进一步基于所述输入信号依次计算出多个所述推定值，从而生成数字输出波形。
20.如权利要求19所述的非暂时性计算机可读设备，其中，在所述推定值各自之间的时间长是基于所得到的所述周期决定。
21.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读设备，其中所述输入信号包含时间变化电压准位。
22.—种时域切换模拟数字转换器设备，包含: 第一端口，用于接收具有载波周期特征的周期载波信号； 输入端口，用于接收一输入模拟信号；以及 逻辑部， 所述逻辑部基于所述载波信号和所述输入模拟信号生成调变信号； 比较所述调变信号与第一参考信号； 至少部分基于所述比较，生成第一多个触发事件，所述第一多个触发事件与所述第一参考信号相关联； 至少部分基于所述第一多个触发事件和参考时脉，求出第一时间间隔；以及 至少部分基于所述第一时间间隔和所述载波周期，生成所述输入信号的数字表示。
23.如权利要求22所述的时域切换模拟数字转换器设备，其中，所述数字表示至少部分基于所述第一参考信号。
24.如权利要求22所述的时域切换模拟数字转换器设备，其中，所述逻辑部进一步: 比较所述调变信号与第二参考信号； 至少部分基于所述调变信号与所述第二参考信号的所述比较，生成第二多个触发事件，所述第二多个触发事件与所述第二参考信号相关联；以及 至少部分基于所述第二多个触发事件和所述参考时脉，求出第二时间间隔； 其中，所述数字表示至少部分基于所述第二时间间隔、以及所述第一参考信号与所述第二参考信号之间的关系。
25.一种模拟数字转换器设备，包含动态地可调整动态测量范围。
26.如权利要求25所述的转换器，其中，所述动态地可调整动态测量范围，是使用载波信号的至少I个振幅进行调整。
27.如权利要求26所述的转换器，其中，所述调整是至少部分基于输入信号的振幅进行 选择。
【文档编号】H04B1/68GK104040903SQ201280051266
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年8月17日 优先权日:2011年8月19日
【发明者】理查·华特斯, 布莱德·齐桑, 马克·福瑞力克, 约翰·贾克斯, 里卡多·道尔, 大卫·卡邦拿利, 杰克斯·P·莱维利 申请人:路梅戴尼科技公司