专利名称：模拟运算的制作方法
技术领域：
此申请涉及模拟运算，例如，使用模拟电子元件来运算诸如傅立叶(Rmrier)变换的代数函数。
背景技术：
傅立叶变换及许多其他形式的数学运算在许多电气工程及信号处理应用中广泛使用，例如，用以提供时域与频域之间的信号变换且用以实现各种类型的时域或频域滤波器。用以执行这些运算的许多现有技术使用数字信号处理器(DSP)，在此情况下变数作为离散值信号来被呈现和处理。用以实现这些运算的某些其他技术使用模拟电路，诸如使用基于电阻器的电流求和电路以实现求和及乘积。
发明内容
本发明的某些一般方面涉及一电路且涉及用于模拟运算的一方法，例如，使用开 ^EfeWzH (switched capacitor, SC)在某些范例中，一电路包括可在电路操作期间存储电荷的一第一群组电容器及一第二群组电容器。该第一和/或第二群组电容器可包括多个分离(disjoint)的电容器子集合。设置有一输入电路以接收输入信号的集合及依据一相对应的输入信号在该第一群组电容器中的某些或所有电容器中的每一电容器上感生一电荷。开关，例如，借由时钟信号序列来控制的晶体管，用以耦接不同电容器集合。开关的不同配置用以形成电荷可在其间重新分布的不同电容器集合。在某些实施例中，开关经配置为在各种配置中是可操作的，包括而不限于以下三种配置中的每一配置。在一第一开关配置中，一电荷依据一相对应的输入信号在该第一群组电容器的每一电容器上被感生出。在一第二开关配置中，多个电容器集合形成。此第二配置中的每一电容器集合包括来自该第一群组电容器的至少一电容器及来自该第二群组电容器的一电容器。在一第三开关配置中，不同电容器集合形成。此第三配置中的每一电容器集合包括该第二群组电容器的一相对应的分离子集合。设置有一输出电路以确定输出信号。在某些范例中，每一输出信号可依据在该第三开关配置中形成的相对应的一电容器集合中的一电容器上的一电荷来确定。在某些其他范例中，该电路包括具有多个分离的电容器子集合的一第一群组电容器。开关经配置为在至少两种配置中是可操作的，包括而不限于用以依据输入信号中的一相对应输入信号在该第一群组电容器中的各电容器上感生电荷的一第一配置，及用以形成电荷可在其间重新分布的多个电容器集合的一第二配置。所形成的每一电容器集合包括该第一群组电容器的一相对应的分离子集合及不是来自该第一群组电容器的一额外电容器。 所形成的每一电容器集合中的电容器的总电容可被选定与一个或一个以上恒定值相等。在另一些范例中，使用多于两群组的电容器，且在开关的每一连续配置中，形成电容集合，其中每一集合包括来自两群组电容器的电容器。在某些范例中，开关所形成的至少某些电容器集合中的每一集合均包括既不在该第一群组电容器又不在第二群组电容器中的一电容器。例如，所形成的某些电容器集合中的每一集合包括可切换地与来自该第一群组的至少一电容器及来自该第二群组的至少一电容器串联耦接的一补偿电容器。形成的某些电容器集合中的每一集合包括可切换地与来自该第一群组电容器的至少一电容器并联耦接的一补偿电容器。形成的某些电容器集合中的每一集合包括耦接于该第一及第二群组电容器之间的一增益缓冲器。本发明的另一方面涉及一电路，其具有一第一群组电容器、一第二群组电容器、经配置以接收输入信号的集合的一输入电路及用以形成电荷可在其间重新分布的电容器集合的开关。所述开关在至少三种配置中是可配置的，该三种配置包括用以依据所述输入信号中的一相对应输入信号在该第一群组电容器中的每一电容器上感生一电荷的一第一配置；用以形成第一多个集合的电容器的一第二配置，每一电容器集合包括来自该第一群组电容器的至少一电容器及来自该第二群组电容器的一电容器；及用以形成第二多个集合电容器的一第三配置，所述第二多个集合的电容器中的每一集合包括该第二群组电容器的一相对应的分离子集合。一输出电路经配置以依据所述第二多个集合的电容器中相对应的一集合中的一电容器上的一电荷来确定每一输出信号。另一方面涉及一电路，其具有经配置以接收输入信号的集合的一输入电路、一第一群组电容器，及用以形成电荷可在其间重新分布的电容器集合的开关。所述开关在至少两种配置中是可配置的，该两种配置包括用以依据所述输入信号中的一相对应的输入信号为该第一群组电容器中的每一电容器来感生一电荷的一第一配置；及用以形成多个电容器集合的一第二配置，每一电容器集合包括相对应的分离的多个该第一群组电容器及不是来自该第一群组电容器的至少一电容器。设置有一输出电路以确定输出信号，每一输出信号依据所述多个电容器集合中相对应的一集合中的一电容器上的一电荷来确定。另一方面涉及用于具有一群组存储部分的一装置中的模拟运算的一方法，各部分具有各自的一群组电容器。该方法包括在一初始存储部分的各电容器上感生电荷，每一感生电荷借由一相对应的输入信号来确定。在一个或一个以上连续处理级的每一级中，形成用于电荷重新分布的一对存储部分，这可借由可切换地耦接来自相对应的该对存储部分的电容器以形成电荷在其间重新分布的一个或一个以上电容器集合的一群组。输出信号依据一最后存储部分中的电容器上的电荷来确定。在某些范例中，该最后存储部分不一定必须与该初始存储部分不同。另一方面涉及一集成电路，其具有一存储部分集合，包括两个或多个存储部分，每一存储部分具有用以存储电荷的一群组电容器。一可配置电路耦接至所述存储部分以使得在不同存储部分中的电容器之间能进行电荷重新分布。该可配置电路包括均耦接至至少两电容器的一群组开关，每一电容器来自一不同存储部分。设置有一控制逻辑元件以配置该可配置电路以在一个或一个以上连续处理级的每一级中形成各自的一对存储部分，其包括在每一级中选择性地启动该可配置电路中的开关的子集合，以耦接来自所形成的一对存储部分的电容器，来形成电荷在其间重新分布的一个或一个以上电容器集合的群组。另一些方面涉及用以实现架构上类似于一现场可编程门阵列(FPGA)的一可配置模拟运算模块的方法及技术。此模拟运算模块可包括均具有一群组电容器的两个或两个以上存储部分，及允许来自不同存储部分的电容器的子集合“有线连接”在一起的一可配置互连网路。外部数据可被提供以动态地或静态地定义来自不同存储部分的多个电容器之间的互连以形成电荷在其间分布的电容器集合。所述存储部分及互连部分中的电容器的电容基于特定代数函数来选定，该电路被设计成实现该特定代数函数。本文所描述的该电路及方法在各种应用中可能是有用的。例如，该电路可用以处理输入信号(例如，电压信号)的集合来产生表示输入信号的代数函数的输出信号。一特定应用是关于在此文件的一稍后部分所详细描述的在一模拟电路域中实现离散傅立叶变换(DFT)。实施例可包括下述一个或一个以上优点。模拟运算在许多信号处理应用中是有用的。与它们的数字等效物相比较，模拟信号处理器可直接处理连续值模拟信号形式的数据，而不一定需要使用既贵又慢的模拟-数字转换器(ADC)及数字-模拟转换器(DAC)。此外，模拟技术可在集成电路中使用来设计处理器，功率效率、面积效率及处理速度方面的性能均得以改善。借由在完全模拟域中处理信号，这种处理器可用以即时执行快速及复杂的过滤。从下述说明及权利要求中可以看出本发明的其他特征及优点。
图1显示可用以实现一 4点DFT的一运算结构。图2显示图1的一加权求和电路的一实施例。图3是图1中所显示的该运算结构的一详细电路图，并附有示范性时钟相位。图4A-图4D说明处于各时钟相位的图3中电路的电荷分布。图5显示图1中所显示的该运算结构的一替代电路图。图6A及图6B说明图5的一选定组件的等效电路推导。图7显示图1的该加权求和电路的另一实施例。图8显示具有负系数的图1的该加权求和电路的又一实施例。图9显示可用以实现一 64点FFT的一电路结构。图10显示图9的该电路结构的区块的一复数形式。图11显示一基2时间抽取8点FFT的三级运算结构。图12显示图11中所显示的基2蝶形架构的一实施例。图13显示使用多工技术的一基2时间抽取8点FFT的一替代运算结构。图14显示用以执行一代数运算的多级划分的一般运算结构。图15A-图15C显示用以执行一代数运算的多级划分的各种运算结构。图16显示一可数字控制电容器组的一范例。
具体实施例方式1 MM以下说明包括对各种电路(例如，开关电容器集成电路)的讨论，这些电路实现变数在其中以连续值信号的形式被处理的离散时间模拟运算(discrete-time analog computations)。出于使说明简明扼要的目的且在不作限制的情况下，在下文中以实现可适于执行傅立叶变换(傅立叶变换是一种在各种信号处理的领域中具有广泛应用的一特定类型运算)的运算的情况介绍了某些设计方法。应清楚理解的是其他运算也可使用下文所描述的方法来实现。一般说来，离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform)应用数学运算以将一域中(例如，离散时间域中)的一信号变换成另一域中(例如，频域中)的一信号。当应用于离散时间取样数据时，DFT产生输出的集合，各该输出是该取样数据的一加权总和，如下式表不yk=~^xn^k (1)
n~0其中ι是该离散取样数据，yk是所产生的变换输出，N是一整数，妒;f被定义为
权利要求
1.一种方法，用于具有一第一群组电容器及一第二群组电容器的一装置中，包括在该第一群组电容器中的各电容器上感生电荷，每一感生电荷借由一相对应的输入信号来确定；在第一多个集合的电容器中的每一电容器集合的电容器之间将电荷重新分布，各该电容器集合包括来自该第一群组电容器的至少一电容器及来自该第二群组电容器的一电容器；在第二多个集合的电容器中的每一电容器集合的电容器之间将电荷重新分布，所述第二多个集合的电容器中的每一集合包括该第二群组电容器中的一相对应的分离子集合；及确定输出信号，其包括依据所述第二多个集合的电容器中相对应的一集合中的一电容器上的一电荷来确定每一输出信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一多个集合的电容器中的至少某些集合中的每一集合还包括既不在该第一群组电容器又不在该第二群组电容器中的一电容器。
3.如权利要求2所述的方法，其中在所述第一多个集合的电容器的至少某些集合的每一集合中，该既不在该第一群组又不在该第二群组中的电容器包括可切换地与来自该第一群组的至少一电容器及与来自该第二群组的至少一电容器串联耦接的一补偿电容器。
4.如权利要求2所述的方法，其中在所述第一多个集合的电容器的至少某些集合的每一集合中，该既不在该第一群组又不在该第二群组中的电容器包括可切换地与来自该第一群组电容器的至少一电容器并联耦接的一补偿电容器。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述第一多个集合的电容器的每一集合中的电容器的总电容相等。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述第二多个集合的电容器的每一集合中的电容器的总电容相等。
7.如权利要求1所述的方法，其中每一输出信号表示所述输入信号的一子集合的一代数函数，该代数函数具有至少部分借由所述第一及第二多个电容器的一配置所确定的系数。
8.如权利要求7所述的方法，其中该代数函数包括所述输入信号的一变换。
9.如权利要求8所述的方法，其中该变换表示一频域变换。
10.如权利要求7所述的方法，其中该代数函数包括一加权求和。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述输入信号包括一个或一个以上电压编码信号。
12.如权利要求1所述的方法，还包括控制所述第一多个集合的电容器及第二多个集合的电容器中的至少一可变电容器的一电容。
13.如权利要求1所述的方法，还包括在一第三多个集合的电容器中的每一电容器集合的电容器之间将电荷重新分布，所述第三多个集合的电容器中的每一集合包括来自该第二群组电容器的一至少一电容器及来自一第三群组电容器的一电容器。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述第一多个集合的电容器的至少某些集合中的每一集合还包括耦接于该第一群组电容器与第二群组电容器之间的一增益缓冲器。
15.一种电路，包括一第一群组电容器；一第二群组电容器；一输入电路，经配置以接收输入信号的集合；开关，用以形成电荷可在其间重新分布的电容器集合，所述开关在以下的配置中是可配置的一第一配置，用以依据所述输入信号中的一相对应输入信号在该第一群组电容器中的每一电容器上感生一电荷；一第二配置，用以形成第一多个集合的电容器，每一电容器集合包括来自该第一群组电容器的至少一电容器及来自该第二群组电容器的一电容器，及一第三配置，用以形成第二多个集合的电容器，在所述第二多个集合的电容器中的每一集合包括该第二群组电容器的一相对应的分离子集合；一输出电路，用以确定输出信号，每一输出信号依据所述第二多个集合的电容器中相对应的一集合中的一电容器上的一电荷来确定。
16.如权利要求15所述的电路，除了该第一群组电容器及该第二群组电容器之外，还包括一第三群组电容器，其中所述开关所形成的至少某些电容器集合中的每一集合还包括来自该第三群组电容器的一电容器。
17.一种电路，包括一输入电路，经配置以接收输入信号的集合；一第一群组电容器；开关，用以形成电荷可在其间重新分布的电容器集合，所述开关在以下的配置中是可配置的一第一配置，用以依据所述输入信号中的一相对应输入信号为该第一群组电容器中的每一电容器感生一电荷；及一第二配置，用以形成多个电容器集合，每一电容器集合包括相对应的分离的多个该第一群组电容器及不是来自该第一群组电容器的至少一电容器；以及一输出电路，用以确定输出信号，每一输出信号依据所述多个电容器集合中相对应的一集合中的一电容器上的一电荷来确定。
18.如权利要求17所述的电路，其中所述多个电容器集合的每一集合中的电容器的总电容相等。
19.如权利要求17所述的电路，其中所述第一电容器集合及第二电容器集合经配置成具有用以执行一实数快速傅立叶变换(FFT)运算所期望的电容。
20.一种方法，用于具有多个存储部分的一装置中，每个部分都各自具有多个电容器， 该方法包括在一初始存储部分中的各电容器上感生电荷，每一感生电荷借由一相对应的输入信号来确定；在一个或一个以上连续处理级的每级中，形成用于电荷重新分布的一对存储部分，其包括在每一级中，可切换地耦接来自相对应的该对存储部分的电容器以形成电荷在其间重新分布的一个或一个以上电容器集合的一群组；及依据一最后存储部分中的电容器上的电荷来确定输出信号。
21.一种集成电路，包括一存储部分集合，包括两个或多个存储部分，每一存储部分具有用以存储电荷的多个电容器；一可配置电路，耦接至所述存储部分以使得在不同存储部分中的电容器之间能进行电荷重新分布，该可配置电路包括多个开关，每一开关耦接至至少两个电容器，每一电容器来自一不同存储部分；及一控制逻辑元件，用以配置该可配置电路以在一个或一个以上连续处理级的每级中形成各自的一对存储部分，其中在每一级中，该控制逻辑元件经配置以选择性地启动该可配置电路中的开关的子集合，以耦接来自所形成的一对存储部分的电容器，来形成电荷在其间重新分布的一个或一个以上电容器集合的一群组。
全文摘要
本发明的某些一般方面涉及一电路且涉及用于模拟运算的一方法，例如，使用开关电容器集成电路。在某些范例中，一电路包括可在电路操作期间存储电荷的一第一群组电容器及一第二群组电容器。该第一和/或第二群组电容器可包括多个分离的电容器子集合。设置有一输入电路以接收输入信号的集合且用以依据一相对应的输入信号在该第一群组电容器中的某些或所有电容器中的每一电容器上感生一电荷。开关，例如，借由时钟信号序列来控制的晶体管，用以耦接不同电容器集合。开关的不同配置用以形成电荷可在其间重新分布的不同电容器集合。
文档编号G06G7/19GK102483795SQ201080017306
公开日2012年5月30日 申请日期2010年2月17日 优先权日2009年2月18日
发明者埃里克·内斯特勒, 弗拉迪米尔·兹拉特科维奇 申请人:模拟设备股份有限公司