可配置的函数实现系统和数模转换器技术方案

将Ｍ位数字信号转换为模拟信号的装置，该装置包括：　　　　将该Ｍ位数字信号映射为第一和第二数字值的工具，以使该第一和第二数字值之比等于或约等于该Ｍ位数字信号的值；　　　　第一和第二数模转换器，该第一数模转换器具有接收所述第一数字值的输入，并且该第二数模转换器具有接收所述第二数字值的输入；和　　　　与所述数模转换器的模拟输出相连接的电路工具，用于将一个模拟输出除以另一个模拟输出，并且将结果提供到输出。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及诸如矢量点积乘法器的可配置的函数实现系统和数模转换器。本专利技术的数模转换器特别适用于矢量点积乘法器，但并非必须用于矢量点积乘法器。
技术介绍
矢量点积乘法是离散信号处理的基本运算，其数学表示式为y=Σk=1Kwkxk---(1)]]>其中wk和xk分别是第k个加权和输入矢量项，y是输出，K是输入矢量的个数。在输出和加权中以下标n表示离散时间维度，公式(1)可重新表示为矢量矩阵乘法(VMM)运算yn=Σk=1Kwk,nxk---(2)]]>其中输出矢量yn是根据加权wk，n的周期性变化而按时间先后顺序获得的。矢量点积和VMM是众多应用的核心，诸如有限脉冲响应滤波、离散傅立叶变换和离散余弦变换。当涉及矢量点积和VMM操作的系统实现时，与下述特性有关可编程性指通过在运行时改变加权的系数改变设备功能的能力。可缩放性a)精度的可缩放性指在运行时改变系统SNR性质的能力；b)复杂度的可缩放性指在运行时改变运算次数的能力。可重新配置性指在运行时改变在给定网络中同时执行的运算数量的能力，因此，可重新配置性包括并扩展了复杂度的可缩放性的范围。在纯数字系统中，数字信号处理器(DSP)通常用于实现矢量点积和VMM运算。然而，因为包括大量乘法运算，这种实现通常功耗大且效率低。采用DSP，乘法运算较为bit-wise，且是多级操作，所需的时钟频率比信号频率快几倍。矢量点积和VMM运算不局限于数字领域，模拟和混合信号领域中也存在矢量点积和VMM单元。以下举例说明这类运算R.Genov和G.Cauwenberghs发表在2001年“IEEE模拟和数字信号处理学报电路和系统II”第48卷第930页至936页的“用于矢量矩阵乘法的充电模式并行结构”；V.A.Pedronl发表在2001年“IEEE模拟和数字信号处理学报电路和系统II”第48卷第511页至519页的“用于矢量乘法和矢量量化的错误补偿模拟单元；和T.Y.Lin和A.J.Payne发表在2002年“电子信件(Electronic Letter)”第38卷第1页至2页的“可编程模拟矢量矩阵乘法器”。在上述的实现中，虽然是在模拟领域执行充电模式乘法运算，数字表示也包含在该结构之内，其中，输入表示为位串行形式，本机的矩阵元素以位并行形式存储。在此方法中，通过一系列隐含在电荷转移操作中的逻辑AND操作执行乘法运算。中采用了一个更加“模拟”的方法，其中，输入、加权和输出由连续模拟变量表示，通过采用MOS晶体管饱和时的平方律特性实现乘法运算。采用了另外一种方法，其中输入和加权分别调整输入和加权电流相位。采用连接有低通滤波的超线性乘法器获得输出。在这些现有技术的“模拟”方法中，在设计时就固定了系统的结构，系统缺少上述的可重新配置性。通过对调整参数进行整数缩放获得可编程性(即确定离散加权系数数组)，调整例如电容和电阻的参数，由参数值与单位值之比确定系数。总而言之，数字方法在噪声和精度上比模拟方法先进。两个运算矩阵相关，系统精度规定了信噪比的上限在一给定的动态范围之内。在数字方法中，系统精度由总线的“宽度“确定。在模拟方法中，加权是数字可编程的，系统精度受噪声和误差的限制，诸如由于匹配而产生的噪声和误差。如上所述，在模拟和数字混合信号领域，矢量矩阵乘法运算中的一部分与数模转换器(DAC)类似。DAC在桥接数字空间的量化数据和与实际情况相结合的连续信号之间的分配上发挥重要作用。然而，对于需要低能耗和小型芯片的移动和便携设备来说，DAC将占用绝大部分能量预算。随着应用所需的精度的增加，诸如匹配、电源敏感度等其它物理问题变得更加严峻，对于最小量化步长给出了最低限。芯片大小和能耗的局限给出了设备分辨率(即输入位数)的最高限。因此，对于给定的最小量化步长、低分辨率的DAC消耗较少的能量，因其具有相对较低的满刻度偏移。因此，需要一种精确的、低能耗的、可编程的和可重新配置的方法，执行信号处理和计算所需的诸如矢量点积和VMM的矢量运算，以及诸如泛函逼近所用的多项式函数的标量运算，以满足日益增加的自主的、body-worn、生活方式和传感器接口产品的需要。在此类方法中，DAC操作的优化是关键。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种将M位数字信号转换为模拟信号的装置，该装置包括将该M位数字信号映射为第一和第二数字值的工具，以使该第一和第二数字值之比等于或约等于该M位数字信号的值；第一和第二数模转换器，该第一数模转换器具有接收所述第一数字值的输入，并且该第二数模转换器具有接收所述第二数字值的输入；和与所述数模转换器的模拟输出相连接的电路工具，用于将一个模拟输出除以另一个模拟输出，并且将结果提供到输出。第一和第二数字值的位长小于M位数字信号的位长。优选地，第一数字值的位长N和第二数字值的位长相同，虽然并非必要。通过将两个根据本专利技术的线性数模转换器结合获得的位精度比单独使用这种转换器获得的位精度大。而且，两个线性(N位)转换器的功耗通常比一个(2N-1)位的数模转换器的功耗小。本专利技术的实施例的另一个优势在于小信号级别所用的量化步长比高信号级别所用的量化步长小。因此改善了小信号级别的信号与(量化)噪声之比。优选地，所述映射所用的工具包括一个存储查找表的存储器，查找表包括分数值及其第一和第二值对，第一和第二值之比等于对应的分数值。映射所用的工具进一步包括查找该表找到与M位数字信号最接近的分数近似值，以及确定对应第一和第二值的工具。在本专利技术的某一实施例中，装置包括用某因子A压缩所述M位数字信号的工具。压缩后的M位数字信号被送至映射所用的工具。所述电路工具包括缩放所述被因子A除之后的结果的工具。由于小信号级别的信噪比高，所以整个动态范围内的信噪比得到改善。优选地，所述电路工具是超线性乘法器。根据本专利技术的第二方面，提供了一种将M位数字信号转换为模拟信号的方法，该方法包括将该M位数字信号映射为第一和第二数字值，以使该第一和第二数字值之比等于或约等于该M位数字信号的值；将所述第一和第二数字值分别施加在第一和第二数模转换器的输入；并且将一个数模转换器的模拟输出除以另一个数模转换器的模拟输出，并且将结果提供到输出。根据本专利技术的第三方面，提供了一种可配置用于计算函数的装置，该装置包括多个缩放元件，每个缩放元件具有接收模拟输入信号的第一输入、第二输入和输出；为一个或多个所述缩放元件产生数字加权的控制工具，并且具有将产生的加权施加到分别的缩放元件的第二输入的输出工具；输出工具具有多个与分别的缩放元件的输出相连接的输入，以接收缩放元件的缩放结果，多个输出选择性地连接到分别的输入，以及用于选择性地将输入或输出共同连接的工具，该控制工具与该输出工具连接，用于实现该选择性的连接。所述缩放元件可以为乘法元件、除法元件或可配置执行乘法或除法运算的元件。缩放元件可以是纯模拟设备，其中数模转换工具用于将数字加权转换为模拟加权。或者，缩放元件可以是混合的数字和模拟设备，其中，数字加权可直接施加在缩放元件上。在本专利技术的一个实施例中，装置可配置用作矢量点积乘法器。本专利技术的实施例提供了一种矢量点积乘法器，不仅施加在缩放元件上的加权可重新配置，执行给定缩放操作所用的部件组合也可重新配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：加尔文·西姆，克里斯托夫·托马斯豪，
申请(专利权)人：托马兹技术有限公司，
类型：发明
国别省市：