自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构及其实现方法技术

本发明专利技术提出一种低功耗且可动态侦测输出信号强度进而改变动态范围的三角积分调制器架构及其低功耗电路实现方法与自动更正且延伸三角积分调制器动态范围的方法，本发明专利技术利用自动更正单元动态侦测三角调制积分器系统输出信号强度，并比对系统输入信号规格以找出多组动态范围曲线，并依此撷取出适合的系统阶数与前馈系数的组合以延伸系统动态范围。本发明专利技术所揭露的自动更正单元的电路架构采用数字电路形式，包括数字信号处理器、计数器及缓存器阵列、比较器、数字系数控制器、前馈增益调控单元与系统阶数调控单元。本发明专利技术利用该自动更正单元可动态侦测系统输出信号强度，并可据此动态调整系统阶数以优化系统架构达到系统功耗/耗能平衡。

【技术实现步骤摘要】
自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构及其实现方法
本专利技术系关于一种三角积分调制器架构及其实现方法，特别是一种结合低功耗表现与延伸动态范围的三角积分调制器架构及其实现方法。
技术介绍
近年来随着集成电路设计与制程技术演进，三角积分调制器(Sigma-deltamodulators)的应用范畴大幅增加，从音频信号处理的电路如随身听、音响、医疗用的助听器到生医仪器如心电信号量测仪器上都可以看到三角积分调制器的应用。同时，集成电路设计的演进不但讲求高效率，更要求低成本、低功耗，因此如何完善的设计出符合需求的产品也是设计者的重要考虑。在现今的技术中，大多只能为电路做单一功能的提升，例如在增加动态范围时常用的设计方法为使用多重反馈(MultipleFeedback)架构并结合前馈路径(FeedforwardPath)与级间反馈(LocalFeedback)，因此会大大增加电路面积与功率消耗。另外在传统动态范围延长的设计技术中多是针对量化器去做新设计，又或者根据特定的需求去重新设计硬件并订定架构，然而这样一来在设计过程中往往会耗费大量时间而间接提高了设计成本。因此，如何提出一种新的三角积分调制器架构及其实现方法以克服上述现有技术中为增加三角积分调制器动态范围而使电路面积大幅增加、功耗增加，抑或根据特定需求重新设计硬件而使设计时间和成本增加等诸多缺失，实已成为目前业界亟待解决的课题。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的问题，本专利技术的目的在于提供一种自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构及其低功耗电路实现方法与自动更正且延伸三角积分调制器动态范围的方法，其能有效延伸动态范围且符合低功耗要求的。本专利技术的另一目的在于提供一种自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构及其低功耗电路实现方法与自动更正且延伸三角积分调制器动态范围的方法，其架构精简，能达到降低集成电路设计面积的要求，进而降低电路设计成本。本专利技术的再一目的在于提供一种自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构及其低功耗电路实现方法与自动更正且延伸三角积分调制器动态范围的方法，其架构引入动态校正的特征，以免去前级放大器的设计，进而降低模拟信号处理系统的设计成本。为达上述及其他目的，本专利技术提供一种自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构，其包括：三角积分调制单元，以三角积分调制方式转换模拟信号及数字信号；积分器单元，利用连续三角积分架构算法推算的系数进行信号处理；以及自动更正单元，根据所述三角积分调制单元中的系统输出信号强度，用以比对所述三角积分调制单元中的系统输入信号规格以找出多组动态范围曲线，并依该些动态范围曲线撷取出多组前馈系数与系统阶数的组合，以延伸所述三角积分调制单元中的系统的动态范围。本专利技术的自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构中的自动更正单元采用数字电路架构设计，其包括：数字信号处理器，对所述三角积分调制单元的系统输出信号进行滤除噪声处理，并监控所述系统输出信号强度；计数器与缓存器阵列，所述计数器用于计算接受所述数字信号处理器的所传信号与输出缓存器阵列储存值的时间，缓存器阵列储存所述数字信号处理器所传的信号值；比较器，用于将所述缓存器阵列输出的信号值与系统参考信号值进行比较，输出数字码；数字系数控制器，接收所述数字码，用于切换前馈增益调控单元与系统阶数调控单元以调整多组前馈系数与系统阶数；前馈增益调控单元与系统阶数调控单元，用于接受所述数字系数控制器的操作，透过系统阶数与不同前馈系数的组合，延伸系统动态范围；以及积分器调控单元，用于动态调整所述积分器单元的电路系数，进而对系统功耗进行控制。于本专利技术中，所述前馈增益控制单元储存有多组前馈系数，当所述输出的信号值较参考信号值所发生的改变超出预设值时，所述数字系数控制器触发所述前馈增益控制单元将当前所使用之前馈系数切换成另一组前馈系数，或者触发所述系统阶数调控单元将当前所使用的系统阶数切换成另一个系统阶数。本专利技术的自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构中的自动更正单元系动态监测所述系统输出信号强度，当所述系统输出信号强度改变，透过所述自动更正单元降低或提升系统阶数，以节省系统功耗。所述积分器单元中各级积分器架构采用连续时间转导电容式放大器作为设计基础进行架构，并搭配超取样(Oversampling)技术与噪声整形(NoiseShaping)技术。本专利技术自动更正动态范围的三角积分调制器架构的自动更正单元中的计数器与缓存器阵列，所述计数器控制每过一段时间则进行所述数字信号处理器单元的输出值储存，当所述计数器计算到一预设周期时，则将所述缓存器所存的输出峰值送至所述比较器进行比较。本专利技术还提出一种自动更正且延伸三角积分调制器动态范围的方法，包括：藉由动态延伸算法将系统输出信号与系统输入信号进行比较以及算出多组动态范围曲线，并依此撷取出适合的系统阶数与前馈系数的组合进行储存；系统输入一预设信号并给予一组系统阶数与前馈系数进行系统电路调整与初始化；动态监测三角积分调制器输出信号强度，当所述输出信号强度变化不超过一预设值时，则保持初始前馈系数与系统阶数，否则进行前馈系数、系统阶数切换，直至系统稳定并达到功耗/效能平衡。本专利技术的自动更正且延伸三角积分器动态范围的方法，当进行前馈系数、系统阶数切换时，优先进行前馈系数切换，直至所储存的所有前馈系数使用完毕系统还未达到效能/功耗平衡时，方执行系统阶数切换。本专利技术的自动更正且延伸三角积分调制器动态范围的方法所利用的动态延伸算法透过数字电路实现，所述数字电路包括数字信号处理器、计数器与缓存器阵列、比较器、数字系数控制器、前馈增益调控单元与系统阶数调控单元以及积分器调控单元。更进一步地，本专利技术自动更正且延伸三角积分调制器动态范围的方法，可根据所述输出信号强度大小，进行系统阶数切换，以达到降低或提升系统阶数。在上述本专利技术三角积分调制器基础上，还提出所述自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构的低功耗电路实现方法，包括：检测该三角积分调制器系统输出信号，并确认所述输出信号质量是否符合设定规格，若符合则维持使用所记录的系统系数；若不符合则记录当前系统系数，并调整该三角积分调制器架构中的各级积分器增益；以及检测调整后的系统输出信号，并再次确认所述系统输出信号质量是否符合设定规格，如符合则维持使用所记录的系统系数；若不符合则执行上述记录当前系统系数并继续调整系统各级积分器增益的步骤，直到该系统输出信号的质量符合设定规格。由上述说明可知，三角积分调制器架构中自动更正单元的设计机制引入了宽动态延伸算法的概念，此算法会检验三角积分调制器架构系统输出的信号的规格及其频域分布范围，并比对欲达成的规格与本身的系统设计，依此产生多组动态范围曲线。并由适用于系统的动态范围曲线撷取出可组合之前馈系数组合与系统架构阶数。此算法的特点在于对系统进行校正时不会影响到该系统的稳定度，即透过改变前馈系数只会改变信号转移函式的零点，信号转移函式的极点，亦即量化噪声转移函数的极点并不会受到影响。因此在保有系统稳定度的情况下，本专利技术能针对系统不同的输出信号强度进行自动更正进而优化地延伸该系统的效能。而自动更正单元中的数字信号处理器会在系统运作时侦测系统的输出信号强度并送至计数器与缓存器阵列，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构，其特征在于，包括：三角积分调制单元，以三角积分调制方式转换模拟信号及数字信号；积分器单元，利用连续三角积分架构算法推算的系数进行信号处理；以及自动更正单元，根据所述三角积分调制单元中系统输出信号强度，用以比对系统输入信号规格以找出多组动态范围曲线，并当所述系统输出信号强度改变，依此撷取出降低或提升系统阶数与前馈系数的组合以延伸系统动态范围。

【技术特征摘要】
2015.11.02 TW 1041360861.一种自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构，其特征在于，包括：三角积分调制单元，以三角积分调制方式转换模拟信号及数字信号；积分器单元，利用连续三角积分架构算法推算的系数进行信号处理；以及自动更正单元，根据所述三角积分调制单元中系统输出信号强度，用以比对系统输入信号规格以找出多组动态范围曲线，并当所述系统输出信号强度改变，依此撷取出降低或提升系统阶数与前馈系数的组合以延伸系统动态范围。2.如权利要求1所述的自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构，其特征在于，所述自动更正单元包括：数字信号处理器，对所述三角积分调制单元的系统输出信号进行滤出噪声处理，并监控所述系统输出信号强度；计数器与缓存器阵列，所述计数器用于计算接受所述数字信号处理器的所传信号与输出缓存器阵列储存值的时间，缓存器阵列储存所述数字信号处理器所传的信号值；比较器，用于将所述缓存器阵列输出的信号值与系统参考信号进行比较，输出数字码；数字系数控制器，接收所述数字码；前馈增益调控单元与系统阶数调控单元，用于接受所述数字系数控制器的操作，使所述数字系数控制器依据该数字码来切换前馈增益调控单元与系统阶数调控单元以调整多组前馈系数与系统阶数，透过系统阶数与不同前馈系数的组合，延伸系统动态范围；以及积分器调控单元，用于动态调整所述积分器单元的电路系数。3.如权利要求2所述的自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构，其特征在于，所述自动更正单元以数字电路形式呈现，藉由数字电路执行一动态延伸算法，将所述系统输出信号与系统输入信号规格进行比较以及算出多组动态范围曲线，并依此撷取出适合的系统阶数与前馈系数的组合。4.如权利要求2所述的自动更正动态范围的低功耗三角积分调制器架构，其特征在于，所述前馈增益控制单元储存有多组前馈系数，当所述系统输出信号较参考信号所发生的改变超出预设值时，所述数字系数控制器触发所述前馈增益控制单元将当前所使用之前馈系数切换成另一组前馈系数，或者触发所述系统阶数调控单元将当前所使用的系统阶数切换成另一个系统阶数。5.如权利要求1所述的自动更正动态范围的低功耗三角...

【专利技术属性】
技术研发人员：李顺裕，张景杰，邱嘉仁，
申请(专利权)人：李顺裕，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71