信号转换系统及方法

专利名称：信号转换系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种信号转换系统以及方法。
背景技术：
三角积分调制(Sigma-Delta Modulation)是利用噪声整形和误差反馈把高分辨 率信号编码为低分辨率信号的一种方法。利用这些技术，三角积分转换器(如模拟/数字 转换器、数字/模拟转换器)使用低成本的模拟元件却可以较容易地实现高分辨率的转换。 然而，传统三角积分转换器存在诸如空闲音和平坦区等等的一些问题。举例说明，如果传统 三角积分转换器的输入信号为直流信号(例如输入信号的值相对恒定)，三角积分转换器 可能产生干扰其输出的模式噪声(例如，空闲音)。此外，如果输入信号在特定值周围相对 比较小的范围内波动，转换器的输出可能不变，即不会随输入信号而改变。因此，这种转换 器的输出有相对比较严重的误差。所述相对比较小的范围可称为平坦区或死区。所述特定 值由三角积分转换器的特性决定，比如说，该特定值可以为0V、士(1/2)Vkef、士(1/3)Vkef等 等，其中Vkef是三角积分转换器的参考电压。

发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种信号转换系统以及转换方法，其能够使信 号转换系统的输入信号相对比较“忙”，以减少传统技术中存在的空闲音和平坦区的问题， 从而产生适当指示该输入信号的输出信号。为解决上述技术问题，本发明提供了一种信号转换系统，其至少包括补偿模块，用 于根据动态信号调节第一补偿信号，将所述第一补偿信号加在第一输入信号，并且从输出 信号中减去指示所述动态信号累加情况的第二补偿信号；以及连接至所述补偿模块的转换 模块，用于接收第二输入信号，并且将所述第二输入信号转换成所述输出信号，其中所述第 二输入信号为所述第一输入信号和所述第一补偿信号之和。本发明还提供了一种信号转换方法，其至少包括根据动态信号，调节第一补偿信 号；将所述第一补偿信号加在第一输入信号；接收第二输入信号，其中所述第二输入信号 为所述第一输入信号和所述第一补偿信号之和；将所述第二输入信号转换成输出信号；以 及从所述输出信号中减去指示所述动态信号累加情况的第二补偿信号。本发明还提供了一种信号转换系统，其至少包括信号发生器，用于产生动态信号； 以及连接至所述信号发生器的补偿模块，用于根据所述动态信号调节第一补偿信号，将所 述第一补偿信号加在第一输入信号，提供第二输入信号给转换模块，并且从所述转换模块 的输出信号中减去指示所述动态信号累加情况的第二补偿信号，其中所述第二输入信号为 所述第一输入信号和所述第一补偿信号之和。与现有技术相比，本发明的信号转换系统及方法通过动态信号影响输入信号，使得输入信号相对比较“忙”。此外，本发明的信号转换系统及方法还从输出信号中减去与所 述动态信号累加相关的补偿信号，从而消除所述动态信号对输出信号的影响。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的 特性和优点更为明显。


图1为根据本发明的一个实施例的信号转换系统的示例性方框图；图2为根据本发明的一个实施例的信号转换系统的示例性方框图；图3为根据本发明的一个实施例的信号转换系统的示例性方框图；以及 图4为根据本发明的一个实施例的信号转换系统的示例性方法流程图。
具体实施例方式以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将结合实施例进行阐述， 但应理解这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明意在涵盖由后附权利要求 项所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项，可修改项和等同项。此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供一个针对本发明的完全的理解，阐 明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以 实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于 凸显本发明之主旨。本发明提供了一种信号转换系统。在一个实施例中，信号转换系统利用信号抖动 将输入信号转换成输出信号，使得输出信号能够相对比较准确地指示输入信号。具体地说， 在输入信号中加入抖动信号(例如伪随机信号)，使得输入信号相对比较忙。此外，从输 出信号中减去指示该抖动信号平均值的补偿信号，以适当地指示该输入信号。结果，空闲音 和平坦区的问题减少了，同时信号转换系统可产生适当指示该输入信号的输出信号。图1为根据本发明的一个实施例的信号转换系统100的示例性方框图。如图1所 示，信号转换系统100包括转换模块102、信号发生器104以及补偿模块106。信号发生器104用于产生动态信号130。连接至信号发生器104的补偿模块106 根据动态信号130调节第一补偿信号(未显示在图1中)。补偿模块106将所述第一补偿 信号加在第一输入信号136，并且从输出信号128中减去指示动态信号130累加情况的第二 补偿信号(未显示在图1中)。连接至补偿模块106的转换模块102从补偿模块106接收 第二输入信号122，并且将第二输入信号122转换成输出信号128。在一个实施例中，第二 输入信号122是第一输入信号136和所述第一补偿信号之和。更具体地说，在一个实施例中，转换模块102包括模拟/数字(analogto digital, 简称为A/D)转换器(例如，一种三角积分A/D转换器)，用于将模拟信号(如第二输入信 号122)转换成数字信号(如输出信号128)。补偿模块106提供等于所述第一补偿信号 加上第一输入信号136的第二输入信号122，并且产生等于输出信号128减去所述第二补偿 信号的输出信号132。所述第一补偿信号可以是但不限于模拟信号，且所述第二补偿信号可 以是但不限于数字信号。有利的是，动态信号130可以是一种伪随机信号。根据伪随机的动态信号130调 节所得的第一补偿信号可作为抖动信号提供给转换模块102。因此，转换模块102的第二输 入信号122相对比较“忙”。换句话说，第二输入信号122的值不会趋于恒定或者在相对比较小的范围内波动。因此，转换模块102的空闲音和平坦区减少，从而减少输出信号128的误差。在一个实施例中，输出信号128的累加结果指示(例如正比于)第二输入信号122的平均值。举例说明，输出信号128包括一组串行数字信号，其中每个数字信号代表对 应的数值，通过将该组串行数字信号对应的数值进行累加，可得到所述输出信号128的累 加结果，所述累加操作过程将在下文进行详细描述。此外，所述第二补偿信号的累加结果指 示(例如正比于)所述第一补偿信号的平均值。由于输出信号132等于输出信号128减 去第二补偿信号，输出信号132的累加结果指示(例如正比于)输入信号136的平均值。在另一个实施例中，输出信号128的电平值指示(例如正比于)第二输入信号 122的平均值。此外，所述第二补偿信号的电平值指示(例如正比于)第一补偿信号的平 均值。由此，输出信号132的电平值指示(例如正比于)第一输入信号136的平均值。图2为根据本发明的一个实施例的信号转换系统200的示例性方框图。在图1中 标记相同的元件具有相似的功能。在图2的实施例中，转换模块102将第二输入信号122 转换成输出信号228。在本实施例中，图1中的输出信号128包括图2中的输出信号228。 补偿模块106将第一补偿信号234加在第一输入信号136，并且从输出信号228中减去第二 补偿信号238。如图2所示，转换模块102为三角积分A/D转换器。具体地说，三角积分A/D转换 器包括积分器212、阈值检测器214和信号转换器216。积分器212根据第二输入信号122 和第二信号220对第一信号224积分。举例说明，减法器218从第二输入信号122中减去 第二信号220，以提供第一信号224给积分器212。积分器212产生正比于第一信号224积 分值/ V224dt的积分信号226。在本实施例中，当第一信号224的电平值V224为正时，积分 信号226的电平值V226增加。相反地，当第一信号224的电平值V224为负时，积分信号226 的电平值V226减少。阈值检测器214与积分器212连接，用于将积分信号226的电平值V226和预设阈值 Vpke比较，并且根据比较产生输出信号228。预设阈值Vpke是可选值。比如说，预设阈值Vpke 可以是但不限于0V。如果积分信号226的电平值V226不大于预设阈值VPKE，阈值检测器214 产生等于第一电平值\的输出信号228。第一电平值\可以是但不限于一个低电平(例 如0V)，且第一电平值\用作数字逻辑信号“0”。相反地，如果积分信号226的电平值V226 大于预设阈值Vpke，阈值检测器214产生等于第二电平值Vh的输出信号228。第二电平值Vh 可以是但不限于一个高电平(例如1V)，且第二电平值Vh用作数字逻辑信号“1”。在一个实施例中，阈值检测器214是将积分信号226的电平值V226量化的一种一 位(1-bit)量化器。一位量化器包括钟控比较器。更具体地说，所述钟控比较器由预定频 率值为fPKE的时钟信号CLK触发。当钟控比较器被时钟信号CLK触发时，钟控比较器根据 积分信号226的电平值V226和预设阈值Vpke的比较结果产生输出信号228。比如说，如果当 阈值检测器214被时钟信号CLK触发时，积分信号226的电平值V226大于预设阈值VPKE，阈 值检测器214输出数字信号“1”，并且在一个预定时钟周期TPKE(TPKE= l/fPKE)内维持不变。 相反地，如果积分信号226的电平值V226不大于预设阈值VPKE，阈值检测器214输出数字信 号“0”，并且在一个时钟周期Tpke内维持不变。信号转换器216与阈值检测器214连接，用于提供第二信号220，并且根据输出信号228调节第二信号220的电平值V22(l。信号转换器216可以是但不限于将数字信号(例 如输出信号228)转换成模拟信号(例如第二信号220)的一位(1-bit) D/A转换器。更具体地说，当输出信号228为数字信号“0”时，信号转换器216调节第二信号 220至负参数值-Ve,即V220 = -Vro第一信号224的电平值V224可由此得到=V224 = V122+VE, 其中V122是第二输入信号122的电平值，参数值Vk为正(例如1V)，并且由第二输入信号 122的电平值V122的绝对值|V122|确定。具体地说，如果Vmax是绝对值|V122|的最大值，那么 参数值Vk需要大于Vmax(例如|V122| < Vmax < VE) 0举例说明，如果参数值^等于IV，第二 输入信号122的电平值V122可以等于-0. 2V、0. 5V、-0.6V、0.99V等等。因此，第二输入信号 122的电平值V122加上参数值Vk所得的第一信号224的电平值V224为正，并且积分信号226 的电平值V226增加。当输出信号228为数字信号“1”时，信号转换器216调节第二信号220 至正参数值\，即V22tl = \。第二输入信号122的电平值V122减去参数值Vk所得的第一信 号224的电平值V224为负。因此，积分信号226的电平值V226减小。由此，通过对第一信号224积分并且将积分信号226的电平值V226和预设阈值Vpke 比较，转换模块102按预设频率f-产生多个数字输出信号228。数字输出信号228用于获 得第二输入信号122的电平值义22。对第一信号244的积分包括对第二输入信号122和第二信号220的积分。举例说 明，第一信号224的积分值f V224dt由下式给出/ V224dt = / V122dt- / V220dt。(1)其中，f V122dt是第二输入信号122的积分值，f V220dt是第二信号220的积分值。本实施例中的输出信号228由数字滤波器208采样。在一个采样周期Tsam内，数 字滤波器208以预设频率fPKE对输出信号228采样Nsam次(例如TSAM = TpeeXNsam)。此外， 在采样周期Tsam期间，Veq224为第一信号224的平均值，Veq122为第二输入信号122的平均值。
因此，第一信号224的积分值f V224dt由下式给出
(2)以及第二输入信号122的积分值fAMV122dt由下式给出
(3)在采样周期Tsam内，数字滤波器208从阈值检测器214接收到Ntl个数字信号“0”， 以及N1个数字信号“1”。Nsam等于NcJnN1，即Nsam = Nc^N115因此，在Nq个时钟周期Tpke内， 积分器212对正值(V122+VK)积分，并且在N1个时钟周期Tpke内，积分器212对负值(V122-Vk)
积分。第二信号220的积分值fSAMV22()dt由下式可得
(4)根据等式(1)，得到以下等式
(5)将等式⑵、(3)和(4)代入等式(5)，得到以下等式NsamXTpkeXVeq224 = NsamXTpeeXVeq122-(N1-N0) XTpkeXVk。(6a)
重写等式(6a)，得到以下等式Veq224 = Veq122-(N1-N0) XVe/Nsamo(6b)因为第一信号224的积分是通过将积分信号226的电平值V226和预设值Vpke比较 来调节，并且第一信号224的电平值V224在有限范围(例如-2%到2%)内变化，所以积分 信号226的电平值V226也在有限范围(例如由阈值Vpke和参数值Vk确定的一个有限范围)
内变化。因此，第一信号224的积分值fAMV224dt也在有限范围内变化。本实施例中的采样
周期Tsam可以足够的长，使得平均值
趋于零。由此，可重写等 式(6b)，得到以下等式O = Veq122- (N1-N0) X Vk/Nsam。(7)因此，得以下等式N1-N0 = NsamXVeq122Ae ;R(8a)Veq122 = VkX(N1-Nci)ZNsamq(8b)因此，(N1-Ntl)正比于第二输入信号122的平均值VEQ122。在一个实施例中，(N1-Ntl)利用数字/数字(digital to digital，简称为D/D)转 换器和累加器(未显示在图2中)获得。举例说明，D/D转换器将数字输出信号228转换 成带符号数字信号(如带符号二进制码)。当数字输出信号228为“1”时，对应的带符号 数字信号为“+1”。当数字输出信号228为“0”时，对应的带符号数字信号为“_1”。累加器 从D/D转换器接收多个带符号数字信号(例如“+1”和“-1”)，并且通过累加所述多个带 符号数字信号产生(N1-Ntl)15所述D/D转换器可以在但不限于数字滤波器208内实现。所 述累加器可以在但不限于数字滤波器208内实现。由此，数字滤波器208通过累加数字输出信号228计算(N1-Ntl)。本实施例中，数字 输出信号228的累加结果为(N1-Ntl)。数字滤波器208根据(N1-Ntl)产生数字信号254，用于 指示第二输入信号122的平均值VEQ122。本实施例中，采样周期Tsam相对较短，使得第二输入 信号122的电平值V122可视为等于第二输入信号122的平均值VEQ122。在一个实施例中，数 字滤波器208产生指示第二输入信号122的电平值V122的多位并行的数字输出信号254 (例 如8-bit)。数字滤波器208可以是用于消除输出信号228中的高频噪声的低通数字滤波 器，使得数字输出信号254相对比较准确地指示第二输入信号122。本实施例中的信号发生器104是用于产生动态信号130的伪随机信号发生器。举 例说明，伪随机信号发生器产生多个伪随机码(Pseudorandom Number) 0换句话说，动态信 号130包括伪随机码。第一补偿信号234的电平值V234通过对应的伪随机码来调节。有利 的是，通过利用第二补偿信号238，信号转换系统200的输出信号254不受伪随机码(即 动态信号130)的影响，并且适当地指示信号转换系统200的第一输入信号136。因此，信号 发生器104可以是但不限于低质量随机数字发生器，以简化信号发生器104的设计，并且减 少信号发生器104的成本。比如说，信号发生器104是一位(1-bit)数字信号发生器，则所 述多个伪随机码是包括数字信号“0”和“1”的一位数字信号。信号发生器104可以由线性 反馈移位寄存器实现。比如说，线性反馈移位寄存器存储了相对比较大量的伪随机码，并且 通过将所存储的伪随机码以串行方式移出，从而产生多个伪随机码。本实施例中的补偿模块106包括信号转换器244。信号转换器244用于提供第一补偿信号234，并且根据对应的伪随机码(即动态信号130)调节第一补偿信号234的值 V2340更具体地说，异或门242连接在信号发生器104和阈值检测器214之间，用于产生值 为D256的伪随机信号256。伪随机信号256的值D256由下式给出=D256 = D130XOR D228，其中， D130是动态信号130 (例如伪随机码)的值，D228是输出信号228 (例如数字信号)的值。本实施例中的信号转换器224是一位D/A转换器，用于将数字信号(如伪随机信号256)转换成模拟信号(如补偿信号252)。类似于信号转换器216的操作，当伪随机信 号256为数字信号“O”时，信号转换器244调节补偿信号252至负参数值_VK。当伪随机信 号256为数字信号“ 1，，时，信号转换器244调节补偿信号252至正参数值VK。信号转换器 244和216可以与相同的参考电压源Vr连接，以简化信号转换系统200的电路设计。补偿模块106还包括用于将补偿信号252缩减至第一补偿信号234的缩放电路 246。举例说明，利用缩放电路246，第一补偿信号234由以下等式获得V234 = V252/Macc = 士 Vk/Macc。(9)其中，V252是补偿信号252的电平值(例如V252 = ±VK)。Macc可以是但不限于自 然数(如16、32、64，等等)。因此，第一补偿信号234是一种要么为正值VK/MArc，要么为负 值的伪随机信号。有利的是，第一补偿信号234使转换模块102的第二输入信号122相对较“忙”，以 减少空闲音和平坦区的问题。举例说明，加法器210将第一补偿信号234加在第一输入信 号136，从而产生相对较“忙”的第二输入信号122给转换模块102。第二输入信号122由 下式得到V122 = V136+V234 = V136 士 Vk/Macc。(10)其中，V136是第一输入信号136的电平值。根据等式⑴和(10)，得到以下等式/ V224dt = / V136Clt- / V220dt+ / V234dt。(11)其中，f V136Clt是第一输入信号136的积分值，f V234Clt是第一补偿信号234的积 分值。当信号转换器244接收到的伪随机信号256为数字信号“ 1”时，第一补偿信号234 在时钟周期Tpke内为正值VK/MAee。因此，积分器212在时钟周期Tpke内对正值VK/MAee积分， 并且积分所得的值为TPKEXVK/MArc。同理，当信号转换器244接收到的伪随机信号256为数 字信号“0”时，第一补偿信号234在时钟周期Tpke内为负值_Vk/Ma。。。因此，积分器212在 时钟周期Tpke内对负值_Vk/Ma。。积分，并且积分所得的值为-TpkeX VK/MArc。在采样周期Tsam期间，异或门242可输出N' i个数字信号“1”和N'。个数字信
号“0”。第一补偿信号234的积分值fSAMV234dt可由下式得到
(12)若Veq136是第一输入信号136在采样周期Tsam中的平均值，那么第一输入信号136 的积分值fSAMv136dt可由下式得到
。(13)根据等式(11)，得到以下等式

(14)将等式(2)、(12)和(13)代入等式(14)，得到以下等式Nsam X Tpke X Veq224 = NsamXTpeeXVeq136-(N1-N0) XTpeeXVe+(N' 「N' 0) XTpeeXVe/Macco(15a)重写等式(15a)，得到Veq224 = Veq136-(N1-N0) XVe/Nsam+(N'「N' 0) X V (MaccXNsam)。 (15b)如前面所述，第一信号224的平均值Veq224趋于零，因此重写等式(15b)，得到O = Veq136-(N1-N0) X VNsam+(N'「N' ) X V (MaccXNsam)。(16)因此，得到以下等式N1-N0 = NsamXVeq136/V(N'「N' 0)/Macc ；和(17a)Veq136 = VeX [(N1-N0)-(N'「N' )/Macc]/Nsam。(17b)重写等式(17a)和(17b)，得到N1-N0 = NSAMXVEQ136/VE+K ；和(18a)Veq136 = VeX[ (N1-N0) -K] /Nsam。(18b)其中，K是由数值N'工和…。之差所决定的整数。更具体地说，假设K'为非负 整数(如0、1、2...)。如果差值N' rN' Q在范围K' XMacc到(K' +1)XMACC之内，那么 整数K等于非负整数K'。如果差值N' rN'。在范围-(K' +1)XMACC到-K' XMacc之 内，那么整数K等于非正整数-K'。当数值N' JPN'。之差大于-Macc 并且小于Macc时(即|N' rN' 01 /Macc < 1), 整数值K为零。换句话说，当(N' rN' J/Ma。。的绝对值小于1时，第一补偿信号234的积 分值f-Vwdt足够小并且不影响输出信号228的累加结果(N1-Ntl)15因此，可通过累加输出信 号228获得第一输入信号136的平均值VEQ136。比如说，根据等式(18b)，第一输入信号136 的平均值 Veq136 由下式得到VEQ136 = VeX (N1-NqVNsas^然而，差值(N' rN' Q)可能出现不大于-Macc或者不小于MArc(|N' rN'。|/ Macc彡1)的情况，使得整数值K为非零值(如K= 士 1，士 2...)。换句话说，第一补偿信 号234的积分影响到输出信号228的累加值(N1-Ntl)。有利的是，补偿模块106还包括用于 累加多个伪随机信号256的累加器248。当累加结果达到预设值(例如Ma。。或-Ma。。)时，累 加器248产生第二补偿信号238。第一输入信号136的平均值Veq136通过第二补偿信号238 来获得。更具体地说，本实施例中的第二补偿信号238是进位信号。进位信号包括带符号 数字信号(例如值为“+1”、“0”或者“_1”的带符号二进制码)。累加器248的内部或者 外部有单独的D/D转换器(未显示在图2中)，用于将多个伪随机信号256分别转换成多个 带符号数字信号。当伪随机信号256为数字信号“1”时，对应的带符号数字信号为“+1”。 当伪随机信号256为数字信号“0”时，对应的带符号数字信号为“_1”。在本实施例中，累加 器248累加对应的带符号数字信号，从而累加伪随机信号256。因此，伪随机信号256的累 加结果等于(N' rN'。)。当累加结果(N' rN' Q)的范围在-Macc到Macc之内时(例如-Macc<N' rN' 0 < Macc)，第二补偿信号238为“0”。当累加结果(N' rN' Q)达到Macc时(即N' rN' Q=Macc)，累加器248输出值为“+1 ”的第二补偿信号238。当一个时钟周期Tpke结束时，累加 器248将第二补偿信号238复位为“0”，并且重新累加伪随机信号256。同理，当累加结果 (N' rN' Q)达到-Macc时(即N' rN' Q =-Macc)，累加器248输出值为“_1”的第二补偿 信号238。当一个时钟周期Tpke结束时，累加器248将第二补偿信号238复位为“0”，并且 重新累加伪随机信号256。前述的用于将输出信号228转换成带符号数字信号的D/D转换器可 以设置在减法 器240内，或者与减法器240连接(未显示在图2中)。减法器240通过从指示输出信号 228的带符号数字信号中减去第二补偿信号238，以产生输出信号232。在本实施例中，图 1中的输出信号132包括图2中的输出信号232。输出信号232是值为“+2”+1 “0” “_1” 或者“_2”的带符号数字信号。输出信号232的累加结果不受第一补偿信号234积分的影 响，并且用于获得第一输入信号136的平均值VEQ136。比如说，数字滤波器208累加输出信号 232，以产生指示第一输入信号136的平均值Veq136的数字信号254。信号转换系统200还包括用于启动/禁用基于第一补偿信号234的抖动操作的控 制器250。更具体地说，控制器250根据指示第一输入信号136的输出信号254来启动/禁 用补偿模块106。举例说明，如果输出信号254指示第一输入信号136的电平值V136不小于Vk-Vk/ Macc或者不大于VK+VK/MArc (即IV1361彡Ve-Ve/Macc)，控制器250产生控制信号258以禁用补 偿模块106。更具体地说，由于绝对值Iv234I等于VK/MA。。，如果绝对值Iv234I不小于Vk-Vk/ Macc,则Iv136Mv234I >vK。(19)当电平值V136和V234均为正或者为负时，重写上式得到V136MV234 = V136+V234 = V122 ^Vro(20)因此，电平值V122+VK和V122-Vk可能均为正或者为负，即积分器212只对值为正的 V224积分或者只对值为负的V224积分。由此，阈值检测器214可能只产生数字信号“1”或者 只产生数字信号“0”，使得输出信号228不能够适当地指示第二输入信号122。有利的是，当控制器250检查到绝对值IV1361不小于VK_VK/MAee时，控制器250禁 用所述抖动操作。因此，启动抖动操作时，第一补偿信号234的量级|Vk/Ma。。|可相对比较大 (例如VK/20、VK/16等)，使得转换模块102的第二输入信号122相对比较“忙”。通过利用 控制器250，量级相对比较大的第一补偿信号234将不影响第一输入信号136的正常范围 (例如-VK到Vk)。如果输出信号254指示第一输入信号136的电平值V136趋于恒定，并且绝对值 IV136I小于VK-VK/MA。。时，控制器250产生控制信号258使能抖动操作。更具体地说，控制器 250获得第一输入信号136的平均值Veq136在第一个采样周期T1 (T1 = Tsam)的值V1和在第二 个采样周期T2CT2 = Tsam)的值V2。第二个采样周期T2是接在第一个采样周期T1之后。控 制器250确定V1和V2之差是否在预设范围(例如[-Δν，AV])内。如果V1和V2之差在 预设范围(例如=IV2-V1I < Δ V)内，即表示第一输入信号136的电平值V136趋于恒定。因 此，控制器250启动补偿模块106以运行抖动操作。控制器250还根据第一输入信号136 的平均值Veq136在第一采样周期T1之前多个采样周期的值，以类似的方式，确定第一输入信 号136的电平值V136是否趋于恒定。
此外，如果输出信号254指示第一输入信号136值不趋于恒定值(例如相对比较 “忙”)，并且绝对值IV136I小于vk-Vk/Ma。。，补偿模块106的抖动操作可被使能或者禁用。在图2所示的实施例中，信号转换器244根据伪随机信号256调节补偿信号252 至电平值Vr或-VK。此外，缩放电路246将补偿信号252的电平值V252缩减至V252ZMacc，从而 提供第一补偿信号234。然而，在另一个实施例中，信号转换器244根据伪随机信号256调 节补偿信号252电平值V252至VK/MArc或_VK/MArc，并省略缩放电路246，由信号转换器244直 接提供补偿信号252给加法器210。如前面所述，异或门242用于根据输出信号228和动态信号130产生伪随机信号 256。然而，在另一个实施例中，信号发生器104与信号转换器244和累加器248直接连接， 从而将动态信号130提供给信号转换器244和累加器248。在这样的实施例中可省略异或 门242。此外，本实施例中的信号发生器104是一位(1-bit)伪随机码发生器。然而，在另 一个实施例中，信号发生器104是多位(multi-bit)伪随机码发生器。在这样的实施例中， 多位伪随机码发生器产生多位动态信号130 (例如多位伪随机码)，并提供给信号转换器 244和累加器248。补偿信号252有两个或两个以上的电平值，并且根据多位动态信号130 被调节至对应的电平值。D/D转换器将多位动态信号130转换成对应的带符号数字信号。 因此，累加器248累加对应的带符号数字信号，并且根据所述累加过程产生第二补偿信号 238。在图2所示的实施例中，加法器210用于将第一补偿信号234加在第一输入信号 136，而减法器240用于从输出信号228中减去第二补偿信号238。然而，在另一实施例中， 可以用减法器取代加法器210，从第一输入信号136中减去第一补偿信号234，同时也可以 用加法器取代减法器240，将第二补偿信号238加在至输出信号228。在这样的实施例中， 补偿模块106将与第一补偿信号234的值相反的第一补偿信号加在输入信号136，并且从输 出信号228中减去与第二补偿信号238的值相反的第二补偿信号。图3为根据本发明的一个实施例的信号转换系统300的示例性方框图。在图1和 图2中标记相同的元件具有相似的功能。在图3所示的实施例中，转换模块102将第二输 入信号122转换成输出信号328 (例如数字信号)。在本实施例中，图1中的输出信号128 包括图3中的输出信号328。补偿模块106将第一补偿信号234加在第一输入信号136，并 且从输出信号328中减去第二补偿信号366。阈值检测器214与数字滤波器308连接。数字滤波器308包括用于将多个数字输出信号228分别转换成多个带符号数字信号的D/D转换器。因此，数字滤波器308累加指 示数字输出信号228的带符号数字信号，产生输出信号328以指示数值(N1-Ntl)。本实施例 中输出信号328的值等于(N1-Ntl)。换句话说，输出信号328的值指示第二输入信号122的 平均值 Veq122 (例如VEQ122 = VeX (N1-N0) /Nsam)。如图3所示1补偿模块106包括数字滤波器362，用于接收预设个数为Nsam的伪随机信号256，并且根据伪随机信号256的累加结果产生第二补偿信号366。类似于数字 滤波器308，数字滤波器362包括用于将多个伪随机码(如伪随机信号256)分别转换成 多个带符号数字信号的D/D转换器。数字滤波器362累加指示伪随机信号256的带符号数 字信号，产生补偿信号364，以指示数值(N' rN' J。本实施例中数字信号364的值等于 N'「N' 0。
除法电路368接收数字信号364，并且产生数字第二补偿信号366，其值N366等于 数字信号364的值N364除于Macc (即N366 = N364/Macc)。因此，数字第二补偿信号366的值N366 等于(N' rN'。)/MAee。换句话说，第二补偿信号366的值指示第一补偿信号234的平均值 VEQ234，例如VEQ234 = (N' rN' 0) XVe/(MaccXNsam)。除法电路368可设置在数字滤波器362 内部或者外部。如图3所示，减法器240从数字输出信号328中减去数字第二补偿信号366，从而 产生等于数字输出信号328减去数字第二补偿信号366的输出信号332。在本实施例中，图 1中的输出信号132包括图3中的输出信号332。输出信号332的值N332由以下得N332 = (NrN0)-(N' rN' 0)/Macc。(21)因此，根据等式(17b)和(21)，可利用输出信号332获得第一输入信号136的平均 值VEQ136，例如V
EQ136 =VkXN332/Nsam。图4为根据本发明的一个实施例的信号转换系统的示例性方法流程图。以下将结 合图1、图2和图3对图4进行描述。在步骤402中，补偿模块106根据动态信号130调节第一补偿信号234。动态信号 130可以是信号发生器104产生的伪随机码。第一补偿信号234的电平值V234根据动态信 号130来调节。因此，第一补偿信号234可以是伪随机信号。在步骤404中，补偿模块106将第一补偿信号234加在至第一输入信号136。因 此，第一补偿信号234使得第二输入信号122 (即输入信号136和伪随机信号234之和)相 对比较“忙”。由此减少转换模块102的空闲音和平坦区的问题。在步骤406中，转换模块102接收第二输入信号122。在步骤408中，转换模块102 将第二输入信号122转换成输出信号(如图1中的输出信号128，图2中的输出信号228， 或者图3中的输出信号328)。本实施例中的转换模块102是三角积分A/D转换器。步骤410中，补偿模块106从输出信号中减去指示动态信号130累加情况的第二 补偿信号。在图2的实施例中，减法器240从输出信号228中减去第二补偿信号238，并且 产生等于输出信号228减去第二补偿信号238的输出信号232。输出信号232的累加结果 指示(如正比于)第一输入信号136的平均值VEQ136。在图3的实施例中，减法器240从 输出信号328中减去第二补偿信号366，并且产生等于输出信号328减去第二补偿信号366 的输出信号332。输出信号332的值指示(如正比于)第一输入信号136的平均值VEQ136。因此，本发明提供了一种信号转换器系统，基于抖动操作产生指示输入信号的输 出信号。有利的是，所述抖动操作由相对较简单以及/或者成本相对较低的器件(例如线 性反馈移位寄存器、一位D/A转换器、累加器等等)执行。所述信号转换系统适用于各种不 同的应用，例如信号测量系统、信号监控系统等等。虽然之前的说明和附图描述了本发明的实施例，应当理解在不脱离后附权利要求 书所界定的本发明原理的精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域 技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则 的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露 之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不 限于此前之描述。
权利要求
一种信号转换系统，其特征在于，所述信号转换系统至少包括补偿模块，用于根据动态信号调节第一补偿信号，将所述第一补偿信号加在第一输入信号，并且从输出信号中减去指示所述动态信号累加情况的第二补偿信号；以及连接至所述补偿模块的转换模块，用于接收第二输入信号，并且将所述第二输入信号转换成所述输出信号，其中所述第二输入信号为所述第一输入信号和所述第一补偿信号之和。
2 根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述转换模块包括模拟/数字转 换器。
3.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述转换模块包括 积分器，用于根据第二信号和所述第二输入信号对第一信号积分，并且基于积分过程 产生积分信号；连接至所述积分器的阈值检测器，用于将所述积分信号的电平值和预设阈值比较，并 且根据比较产生所述输出信号；以及连接至所述阈值检测器的信号转换器，用于提供所述第二信号，并且根据所述输出信 号调节所述第二信号的电平。
4.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述信号转换系统还包括伪随机码发生器，用于产生多个伪随机码，其中所述第一补偿信号的电平是根据所述 多个伪随机码中对应的伪随机码来调节的。
5.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述信号转换系统还包括线性反馈移位寄存器，用于产生多个伪随机码，其中所述第一补偿信号的电平是根据 所述多个伪随机码中对应的伪随机码来调节的。
6.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述动态信号包括伪随机码。
7.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述补偿模块包括信号转换器， 用于提供所述第一补偿信号，并且根据所述动态信号调节所述第一补偿信号的电平。
8.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述第一补偿信号包括模拟信号。
9.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述补偿模块包括累加器，用于 累加多个伪随机码，并且当累加结果达到预设值时，产生所述第二补偿信号。
10.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述补偿模块包括数字滤波 器，用于接收预设个数的伪随机码，并且根据所述预设个数的伪随机码的累加结果，产生所 述第二补偿信号。
11.根据权利要求1所述的信号转换系统，其特征在于，所述第二补偿信号包括数字信号。
12.—种信号转换方法，其特征在于，所述信号转换方法至少包括下列步骤 根据动态信号，调节第一补偿信号；将所述第一补偿信号加在第一输入信号；接收第二输入信号，其中所述第二输入信号为所述第一输入信号和所述第一补偿信号 之和；将所述第二输入信号转换成输出信号；以及从所述输出信号中减去指示所述动态信号累加情况的第二补偿信号。
13.根据权利要求12所述的信号转换方法，其特征在于，所述将所述第二输入信号转 换成输出信号的步骤包括由模拟/数字转换器将所述第二输入信号转换成所述输出信号。
14.根据权利要求12所述的信号转换方法，其特征在于，所述将所述第二输入信号转 换成输出信号的步骤包括根据第二信号和所述第二输入信号，计算第一信号；通过对所述第一信号积分，产生积分信号；将所述积分信号的电平值和预设阈值比较；根据比较，产生所述输出信号；以及根据所述输出信号，调节所述第二信号的电平。
15.根据权利要求12所述的信号转换方法，其特征在于，所述根据动态信号调节第一 补偿信号的步骤包括由伪随机码发生器产生多个伪随机码；以及根据所述多个伪随机码中对应的伪随机码，调节所述第一补偿信号的电平。
16.根据权利要求12所述的信号转换方法，其特征在于，所述动态信号包括伪随机码。
17.根据权利要求12所述的信号转换方法，其特征在于，所述信号转换方法还包括下 列步骤累加多个伪随机码；以及当累加结果达到预设值时，产生所述第二补偿信号。
18.根据权利要求12所述的信号转换方法，其特征在于，所述信号转换方法还包括下 列步骤接收预设个数的伪随机码；以及据所述预设个数的伪随机码的累加结果，产生所述第二补偿信号。
19.一种信号转换系统，其特征在于，所述信号转换系统至少包括信号发生器，用于产生动态信号；以及连接至所述信号发生器的补偿模块，用于根据所述动态信号调节第一补偿信号，将所 述第一补偿信号在加在第一输入信号，提供第二输入信号给转换模块，并且从所述转换模 块的输出信号中减去指示所述动态信号累加情况的第二补偿信号，其中所述第二输入信号 为所述第一输入信号和所述第一补偿信号之和。
20.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述转换模块包括模拟/数字 转换器，用于将所述第二输入信号转换成所述输出信号。
21.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述信号发生器包括伪随机 信号发生器，用于产生所述动态信号。
22.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述信号发生器包括线性反 馈移位寄存器，用于产生多个伪随机码。
23.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述补偿模块包括信号转换 器，用于提供所述第一补偿信号，并且根据所述动态信号调节所述第一补偿信号的电平。
24.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述第一补偿信号包括模拟信号。
25.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述补偿模块包括累加器，用于累加多个伪随机码，并且当累加结果达到预设值时，产生所述第二补偿信号。
26.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述补偿模块包括数字滤波 器，用于接收预设个数的伪随机码，并且根据所述预设个数的伪随机码的累加结果，产生所 述第二补偿信号。
27.根据权利要求19所述的信号转换系统，其特征在于，所述第二补偿信号包括数字信号。
全文摘要
本发明公开了一种信号转换系统以及方法，所述信号转换系统包括补偿模块，用于根据动态信号调节第一补偿信号，将所述第一补偿信号加在第一输入信号，并且从输出信号中减去指示所述动态信号累加情况的第二补偿信号；以及连接至所述补偿模块的转换模块，用于接收第二输入信号，并且将所述第二输入信号转换成所述输出信号，其中所述第二输入信号为所述第一输入信号和所述第一补偿信号之和。采用本发明的信号转换系统以及方法，能够使信号转换系统的输入信号相对比较“忙”，以减少空闲音和平坦区的问题，从而产生适当指示该输入信号的输出信号。
文档编号H03M3/02GK101841336SQ20101013447
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月17日
发明者栗国星 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司