专利名称：模数转换的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于模数转换的方法和设备。具体地但不排它地，本发明的应用是数字无线电接收机中的无线电信号的数模转换。
背景技术：
模数转换基本上包括将随时间可在连续幅度范围上改变的输入模拟信号表述为离散值序列，离散值可称为输出代码，并通常以二进制形式表述。用于执行模数转换的不同模数转换器(ADC)具有不同的特性。例如，ADC使用的比特数限定了其可输出的不同输出代码的数目，并公知为ADC的分辨率。具有N比特分辨率的ADC可输出2N个不同的输出代码。类似地，由ADC的最低有效位(LSB，least significant bit)表示的输入模拟信号的电压是可由ADC表述的输入模拟幅度中的最小差值。ADC的分辨率及其LSB的值限定了ADC能够表述的输入模拟幅度的范围。该范围公知为ADC的动态范围，并通常以dB表述。
针对特定应用而选择ADC需要小心地选择这些不同的特性。具体地，ADC必须具有足够大的动态范围以处理输入模拟信号预计将具有的最大幅度范围。参考图1，在无线电通信系统中输入接收机的ADC的模拟信号典型地包括有用信号100和可能干扰101。有用信号100可能具有大致恒定的最大幅度。然而，有时，如图1所示，可能干扰在幅度上明显大于有用信号，而在其它时候，与有用信号的幅度相比，干扰较小，甚至可忽略。为了确保在模数转换之后总是可提取出有用信号，ADC的动态范围应该足够大，以便即使在干扰较大时，也总是能够转换整个预计信号，例如有用信号和可能干扰。因此需要与有用信号的常用最大幅度相比相当大的动态范围。然而，多数时候，例如当可能干扰较小时，不使用或不需要这种大的动态范围。
ADC的另一特征在于，它们的功耗随动态范围而强烈增加。实际上，功耗大致随动态范围线性增加，例如，动态范围为0至80dB的ADC比动态范围为0至60dB的ADC的功耗大大约因子100。典型地，ADC的功耗由其采样保持放大器(SHA，sample and hold amplifier)的功耗所管理，采样保持放大器(SHA)通常是具有与其产生的最大电流相等的静态电流的A类放大器。这表示，ADC具有大致恒定的功耗，与在任意特定时间处输入ADC的模拟信号是否具有较小幅度或接近ADC的动态范围的幅度无关。换言之，ADC的功耗由输入模拟信号的最大预计幅度所管理，即使在预计输入的模拟信号大部分时间将具有更小的幅度时，也是如此。这种过大的功耗通常是不希望的，并且在将ADC并入电池工作的设备中时成为严重的缺陷。
本发明致力于克服该问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于将输入模拟信号转换为数字输出的设备，该设备包括两个或多个具有不同动态范围的模数转换器；以及激活电路，用于在输入模拟信号的幅度超过阈值电平时，激活动态范围比第二模数转换器更高的第一模数转换器。
此外，根据本发明的第二方面，提供一种使用两个或多个具有不同动态范围的模数转换器，将输入模拟信号转换为数字输出的方法，该方法包括当输入模拟信号的幅度超过阈值电平时，激活动态范围比第二模数转换器更高的第一模数转换器。
在输入的模拟信号的幅度低于阈值电平时，第二模数转换器可将信号转换为数字输出，并且第一模数转换器可保持在去激活状态。然而，当输入模拟信号的幅度大于阈值电平时，可激活第一模数转换器。由于第二模数转换器的动态范围比第一模数转换器低，所以第二模数转换器的功耗通常比第一模数转换器小。这表示，本发明的设备和方法可在输入模拟信号的幅度小于阈值电平时减小模数转换器的功耗。
便利地，阈值电平可以是输入模拟信号使第二模数转换器饱和的幅度。因此，第二模数转换器可在信号的幅度保持在其动态范围内时转换输入模拟信号，在信号幅度超过第二模数转换器的动态范围时，可激活第一模数转换器以转换信号。因此可仅在需要时才激活第一模数转换器。
激活第一ADC可能需要较短时间。在另一示例中，阈值电平可以是小于输入模拟信号使第二模数转换器饱和的幅度的分数。这使得可在稍早于信号幅度达到第二ADC的动态范围，激活第一ADC以转换信号，即使信号的幅度快速上升。因此，不饱和的数字输出将持续可用。典型地，所述分数是大约20％或更小，例如对于大约0至43dB或0至63dB的动态范围是大约6dB。
有用地，激活电路可包括检测器，用于检测输入模拟信号的幅度何时超过阈值电平，并产生表示该检测的信号。类似地，该方法可包括检测输入模拟信号的幅度何时超过阈值电平，并产生表示该检测的信号。第一模数转换器可具有用于接收信号以激活转换器的使能输入。仅在转换器在使能输入处接收到信号时，才激活转换器。具体地，激活电路可包括直接从检测器到使能输入的连接，以便检测器所产生的信号可激活转换器。类似地，该方法可包括将表示检测的信号直接输出到使能输入，以便该信号可激活转换器。由于几乎不需要处理或电路来实现，所以这是尤其直接方便的。
可选地，激活电路可包括控制器，用于将使能信号输出到第一模数转换器的使能输入。控制器可连接用于接收检测器所产生的信号，并可从检测器所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平，直到控制器确定输入模拟信号的幅度足够小而能够由不饱和的第二模数转换器转换为数字输出为止，输出使能信号。类似地，该方法可包括从检测器所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平，直到确定输入模拟信号的幅度足够小而能够由不饱和的第二模数转换器转换为数字输出为止，将使能信号输出到第一模数转换器的使能输入。由于这可以根据输入模拟信号幅度的确定，例如在一时间段内或参考另一阈值电平，使第一模数转换器去激活，所以这是有用的。
实际上，在另一示例中，控制器可在控制器所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平时将使能信号输出到第一模数转换器的使能输入，并且在控制器所产生的信号不再表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平之后持续一时间段。类似地，该方法可包括在所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平时将使能信号输出到第一模数转换器的使能输入，并且在所产生的信号不再表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平之后持续一时间段。这表示，当输入模拟信号的幅度仅在短于一时间段内小于阈值电平，保持激活第一模数转换器。因此，输入模拟信号幅度的短暂下降不需要导致去激活第一模数转换器然后再次快速重新激活。
本发明适用于具有多种不同结构的模数转换单元。然而，在优选示例中，第一模数转换器的分辨率高于第二模数转换器。该设备典型地具有选择器，用于选择具有最高动态范围的模数转换器中被激活的一个的输出，作为设备的数字输出。类似地，该方法可包括选择具有最高动态范围的模数转换器中被激活的一个的输出，作为设备的数字输出。因此，设备的数字输出可仅包括所选一个数模转换器的数字输出。
在另一示例中，设备可以是多级连接的模数转换单元。例如，所述两个/所有数模转换器可具有基本相同的分辨率。类似地，设备可包括组合电路，用于组合被激活的模数转换器的输出，作为设备的数字输出。类似地，该方法可包括组合被激活的模数转换器的输出，作为设备的数字输出。
已经关于第一和第二(即两个)模数转换器描述了本发明的优选特征。然而，本发明的原理可扩展到任意数目的模数转换器。具体地，设备可包括动态范围低于第二模数转换器的第三模数转换器，其中激活电路设置用于在输入模拟信号的幅度超过另一阈值电平时激活第二模数转换器。类似地，该方法可使用动态范围低于第二模数转换器的第三模数转换器，并包括在输入模拟信号的幅度超过另一阈值电平时激活第二模数转换器。所述另一阈值电平通常低于先前提到的阈值电平，但是可以不同于第一模数转换器的模拟方式来激活第二模数转换器。
可认识到，本发明可以计算机软件来实现。因此，根据本发明的第三方面，提供计算机软件或计算机程序代码，在由计算机处理时所述计算机软件或计算机程序代码适用于执行上述方法。计算机软件或计算机程序代码可由计算机可读介质载有。该介质可以是例如只读存储器(ROM)芯片的物理存储介质。可选地，该介质可以是例如数字视频盘(DVD-ROM)或CD(CD-ROM)的盘。该介质还可以是例如布线上的电子信号、光信号或例如卫星信号的无线电信号的信号。本发明还可扩展到运行软件或代码的计算机，例如配置用于执行上述方法的计算机。
根据本发明的第四方面，提供一种包括根据本发明第一方面的设备的无线电接收机。
现在参考附图，作为示例来描述本发明的优选实施例，附图中图1是无线电接收机所接收的无线电信号的图形表征；图2是无线电接收机的示意表示；图3是图2所示的无线电接收机的模数转换单元的第一实施例的示意表示；图4是图2所示的无线电接收机的模数转换单元的第二实施例的示意表示；以及图5是图2所示的无线电接收机的模数转换单元的第三实施例的示意表示。
具体实施例方式
参考图2，无线电接收机200具有用于接收使用正交相移键控(QPSK调制方案调制的无线电信号的天线201。天线201的输出连接到第一滤波器202，用于对信号滤波；第一滤波器202的输出连接到低噪声放大器(LNA)203，用于放大该信号；LNA 203的输出连接到第二滤波器204，用于再次对信号滤波。因此，可滤波、放大并再次滤波天线201所接收的信号，以产生滤波放大的信号。
第二滤波器204的输出连接到I和Q混合器205、206，用于将滤波放大的信号混合为I和Q基带信号。更具体地，I混合器205可将信号混合成表示I信息的基带信号，Q混合器206可将信号混合成表示Q信息的基带信号。I混合器205的输出连接到第三滤波器207，第三滤波器207然后连接到模数转换单元(ADC单元)208，用于将作为模拟信号的滤波的I信号转换为数字输出。类似地，Q混合器206的输出连接到第四滤波器209，第四滤波器209然后连接到另一ADC单元210，用于将作为模拟信号的滤波的Q信号转换为数字输出。在本发明的本实施例中，第三和第四滤波器207、209以及两个ADC单元208、210是相同的。
参考图3，在第一实施例中，ADC单元208、210每个都包括三个模数转换器(ADC)300、301、302，连接用于接收从各个滤波器207、209输入到ADC单元208、210的模拟信号。最低动态范围ADC 300具有大约0至40dB的动态范围和7比特的分辨率；中间动态范围ADC 301具有大约0至60dB的动态范围和10比特的分辨率；最高动态范围ADC302具有大约0至80dB的动态范围和14比特的分辨率。ADC单元208、210还具有数字重组器件303，用于接收ADC 300、301、302的数字输出，并选择ADC 300、301、302的输出之一作为ADC单元208、210的输出。
最低动态范围ADC 300和中间动态范围ADC 301每个都具有饱和检测器SAT，用于检测输入模拟信号的幅度何时达到各个ADC 300、301的动态范围。这由能够检测ADC 300、301所输出的比特全为一或全为零(例如1111111或0000000)、即表示输入模拟信号使ADC 300、301饱和的饱和检测器SAT来实现。更具体地，最低动态范围ADC 300的饱和检测器SAT检测输入模拟信号何时达到40dB，中间动态范围ADC301的饱和检测器SAT检测输入模拟信号何时达到60dB。当分别检测到时，每个饱和检测器SAT设置用于输出饱和信号。
中间动态范围ADC 301和最高动态范围ADC 302每个都具有使能(enable)输入EN，用于接通ADC 201、202。最低动态范围ADC 300的饱和检测器SAT与中间动态范围ADC 301的使能输入EN相连。这表示，当最低动态范围ADC 300的饱和检测器SAT输出饱和信号时，中间动态范围ADC 301的使能信号接收该饱和信号。相反地，当未(或者不再)从最低动态范围ADC 300的饱和检测器SAT接收到饱和信号时，关闭中间动态范围ADC 301。
类似地，中间动态范围ADC 301的饱和检测器SAT与最高动态范围ADC 302的使能输入EN相连。这表示，当中间动态范围ADC 301的饱和检测器SAT输出饱和信号时，最高动态范围ADC 302的使能输入EN接收该饱和信号。这接通了最高动态范围ADC 302。另外，相反地，相反地，当未(或者不再)从中间动态范围ADC 301的饱和检测器SAT接收到饱和信号时，关闭最高动态范围ADC 302。
最低动态范围ADC 300和中间动态范围ADC 301的饱和检测器SAT的输出还与数字重组器件303相连。因此，由数字重组器件303接收饱和检测器SAT所输出的饱和信号，告知何时接通中间动态范围ADC301和最高动态范围ADC 302。
在使用中，当给ADC单元208、210供电时，接通最低动态范围ADC 300，但是最初切断中间动态范围ADC 301和最高动态范围ADC302。因此，最低动态范围ADC 300将输入模拟信号转换为数字输出，该数字输出被传递到数字重组器件303。最低动态范围ADC 300的饱和检测器SAT监视ADC 300的数字输出，并检测ADC 300的输出何时表示输入模拟信号的幅度达到40dB。当检测到时，饱和检测器SAT将饱和信号输出到中间动态范围ADC 301的使能输入EN。因此，该饱和信号接通中间动态范围ADC 301，以将输入模拟信号转换为数字输出，该数字输出被传递到数字重组器件303。如果输入模拟信号的幅度随后降到低于40dB，则输入中间动态范围ADC 301的使能输入EN的饱和信号停止，并关闭中间动态范围ADC 301。
类似地，当中间动态范围ADC 301工作时，中间动态范围ADC 301的饱和检测器SAT检测ADC 301的输出何时表示输入模拟信号的幅度达到60dB。当检测到时，饱和检测器SAT将饱和信号输出到最高动态范围ADC 302的使能输入EN。因此，该饱和信号接通最高动态范围ADC302，以将输入模拟信号转换为数字输出，该数字输出被传递到数字重组器件303。如果输入模拟信号的幅度随后降到低于60dB，则输入最高动态范围ADC 302的使能输入EN的饱和信号停止，并关闭最高动态范围ADC 302。
数字重组器件303接收所有ADC 300、301、302的数字输出以及最低动态范围ADC 300和中间动态范围ADC 301的饱和检测器SAT的饱和信号SAT。当数字重组器件303没有接收到饱和信号时，其选择最低动态范围ADC 300的数字输出作为ADC单元208、210的输出；当数字重组器件303从最低动态范围ADC 300而不是从中间动态范围ADC301接收到饱和信号时，其选择中间动态范围ADC 301的数字输出作为ADC单元208、210的输出；当数字重组器件303从最低动态范围ADC 300且从中间动态范围ADC 301接收到饱和信号时，其选择最高动态范围ADC 302的数字输出作为ADC单元208、210的输出。因此，在任意时间，ADC单元208、210的输出是具有将输入模拟信号转换为数字输出所需的最小可能动态范围的ADC 300、301、302的数字输出。在不需要时，切断最高动态范围ADC 302和中间动态范围ADC 301。由于ADC 300、301、302的功耗随动态范围而增加，所以这意味着ADC单元208、210的功耗总是保持为最小。
参考图4，在第二实施例中，ADC单元208、210具有与第一实施例基本相同的设置。然而，最低动态范围ADC 400具有大约0至43dB而不是0至40dB的动态范围，中间动态范围ADC 401具有大约0至63dB而不是0至60dB的动态范围。此外，最低动态范围ADC 400和中间动态范围ADC 401的饱和检测器SAT可检测输入模拟信号的幅度何时接近ADC 400、401的动态范围。这由能够检测ADC 400、401所输出的较高有效位何时全为一或全为零(例如1111111或0000000)的饱和检测器SAT来实现。这表示输入模拟信号使ADC 400、401接近饱和。更具体地，最低动态范围ADC 400的饱和检测器SAT检测输入模拟信号何时达到37dB，而中间动态范围ADC 401的饱和检测器检测输入模拟信号何时达到57dB。当分别检测到时，每个饱和检测器SAT设置用于输出饱和信号。
并不直接与中间动态范围ADC 401和最高动态范围ADC 402的使能输入EN相连，最低动态范围ADC 400和中间动态范围ADC 401的饱和检测器SAT的输出仅与数字重组器件403相连。更具体地，输出连接到数字重组器件403的ADC控制器(未示出)。因此，ADC控制器接收饱和检测器SAT所输出的饱和信号，告知最低动态范围ADC 400和中间动态范围ADC 401何时接近饱和。
当从最低动态范围ADC 400的饱和检测器SAT接收到饱和信号时，ADC控制器设置用于将使能信号输出到中间动态范围ADC 401的使能输入EN。这表示，当输入模拟信号的幅度达到37dB时，中间动态范围ADC 401的使能输入EN接收到使能信号，接通中间动态范围ADC401。类似地，当从中间动态范围ADC 401的饱和检测器SAT接收到饱和信号时，ADC控制器设置用于将使能信号输出到最高动态范围ADC402的使能输入EN。这表示，当输入模拟信号的幅度达到57dB时，最高动态范围ADC 402的使能输入EN接收到使能信号，接通最高动态范围ADC 402。
在通过饱和信号的接收而促使ADC控制器将使能信号输出到中间动态范围ADC 401或最高动态范围ADC 402时，ADC控制器继续输出使能信号，而无论其是否继续接收到饱和信号。ADC控制器适当地通过监视中间动态范围ADC 401或最高动态范围ADC 402的输出，来判定何时停止输出使能信号。更具体地，在中间动态范围ADC 401打开而最高动态范围ADC 402未打开时，ADC控制器监视中间动态范围ADC401的输出，如果中间动态范围ADC 401的输出在长于给定的时间段内(例如几毫秒)持续表示输入模拟信号的幅度小于37dB，则停止将使能信号输出到中间动态范围ADC 401。类似地，在最高动态范围ADC402打开时，ADC控制器监视最高动态范围ADC 402的输出，如果最高动态范围ADC 402的输出在长于给定的时间段内持续表示输入模拟信号的幅度小于57dB，则停止将使能信号输出到最高动态范围ADC 402。因此，在不需要而切断最高动态范围ADC 402和中间动态范围ADC 401时，仅在信号在给定时间段内分别低于57dB或37dB时，才切断它们。这减少了在输入模拟信号暂时降到57dB或37dB之下然后再次上升时需要快速地关闭ADC 401、401然后再次打开。
数字重组器件403以与第一实施例相同的方式，选择ADC 400、401、402的数字输出之一作为ADC单元208、210的输出。然而，要认识到，当输入模拟信号的幅度达到37dB而接通中间动态范围ADC401时，最低动态范围ADC 400保持为不饱和，直到信号幅度达到43dB。因此，在输入模拟信号的幅度在37dB和43dB之间时，数字重组器件403可从最低动态范围ADC 400和中间动态范围ADC 401接收到不饱和的数字输出，并选择两个数字输出中最适当的作为ADC单元208、210的输出。类似地，当输入模拟信号的幅度达到57dB而接通最高动态范围ADC 402时，中间动态范围ADC 401保持为不饱和，直到信号幅度达到63dB。因此，在输入模拟信号的幅度在57dB和63dB之间时，数字重组器件403可从中间动态范围ADC 401和最高动态范围ADC 402接收到不饱和的数字输出，并选择两个数字输出中最适当的作为ADC单元208、210的输出。
例如，如果输入模拟信号的幅度快速地增加，通过暂时继续选择最低动态范围ADC 400的(不饱和)输出作为ADC单元208、210的输出，直到从中间动态范围ADC 401接收到数字输出为止，可容忍最低动态范围ADC 400的饱和检测器SAT检测到最低动态范围ADC 400接近饱和与数字重组器件403开始从中间动态范围ADC 401接收数字输出之间的任何短延迟。类似地，通过暂时继续选择中间动态范围ADC401的(不饱和)输出作为ADC单元208、210的输出，直到从最高动态范围ADC 402接收到数字输出为止，可容忍中间动态范围ADC 401的饱和检测器SAT检测到中间动态范围ADC 401接近饱和与数字重组器件403开始从最高动态范围ADC 402接收数字输出之间的任何短延迟。因此，ADC单元208、210的输出几乎不可能成为饱和信号。
在第三实施例中，ADC单元208、210每个都包括多级连接的ADC单元。更具体地，参考图5，ADC单元208、210每个都具有三个ADC级500、510、520。第一ADC级500包括采样保持放大SHA501、具有大约0至80dB的输入动态范围以及4比特的分辨率的ADC 502、具有大约0至80dB的动态范围和12比特的分辨率的数模转换器(DAC)503以及减法器504。第二ADC级510包括SHA 511、具有大约0至60dB的输入动态范围和4比特的分辨率的ADC 512、具有大约0至60dB的动态范围和8比特的分辨率的DAC 513以及减法器514。第三ADC级520包括SHA 521以及具有大约0至40dB的输入动态范围和4比特的分辨率的ADC522。每一级500、510、520的SHA 501、511、521通常并入在各个级500、510、520的ADC 502、512、522中，因为它们是最常见的ADC的标准组件。然而，为了简明，在图5中分离地示出它们。
每个SHA 501、511、521的输出连接到各个ADC级500、510、520的ADC 502、512、522的输入；第一和第二ADC级500、510的ADC 502、512的输出分别连接到第一和第二ADC级500、510的DAC 503、513的输入；第一和第二ADC级500、510的减法器504、514的输入连接到SHA 501、511的输出以及第一和第二ADC级500、510的DAC 503、513。
ADC级500、510、520彼此串联。因此，第一级500的SHA 501连接用于接收输入模拟信号；第一ADC级500的减法器504的输出连接到第二ADC级510的SHA 511的输入；第二ADC级510的减法器514的输出连接到第三ADC级520的SHA 521的输入。此外，ADC 502、512、522的每个输出都连接到控制逻辑器件530。
在本实施例中，ADC单元208、210具有两个旁路线531、532，每个都具有由控制逻辑器件530控制的开关533、534。第一旁路线531从ADC单元208、210的ADC级510延伸到第二ADC级510的SHA 511的输入，用于旁路第一ADC级500。第二旁路线从ADC单元208、210的输入延伸到第三ADC级520的SHA 521的输入，用于共同旁路第一ADC级500和第二ADC级510。控制逻辑器件530操作用于打开和关闭开关533、534，以便按照希望，选择性地旁路第一ADC级500或旁路第一ADC级500和第二ADC级510。
与第一和第二实施例一样，第二和第三ADC级510、520的ADC 512、522(三个ADC 502、512、522中具有最低和中间动态范围的)每个都具有用于检测ADC 512、522何时饱和的饱和检测器SAT。与第一实施例一样，这由能够检测ADC 512、522所输出的比特何时全为一或全为零(例如1111111或0000000)、即表示ADC 512、522饱和的饱和检测器SAT来实现。当检测到时，饱和检测器SAT将饱和信号输出到控制逻辑器件530。
第一ADC级500和第二ADC级510都具有用于接收使能信号以接通级500、510的使能输入EN。控制逻辑器件530连接到第一ADC级500和第二ADC级510的使能输入EN，从而可将使能信号输出到级500、510的每个而接通它们。控制逻辑器件530还连接到旁路线531、532的开关533、534，从而当将使能信号输出到第一ADC级500的使能输入EN时，由第一旁路线531的开关533接收到该信号，以打开开关533，并禁用第一旁路线531；而当将使能信号输出到第二ADC级510的使能输入EN时，由第二旁路线532的开关534接收到该信号，以打开开关534，并禁用第二旁路线532。
在使用中，当向ADC单元208、210供电时，第三ADC级520的SHA 521和ADC 522工作。假设输入模拟信号的幅度小于40dB，则旁路线531、532的开关533、534闭合，导致输入ADC单元208、210的模拟信号(经由第二旁路线532)直接传递到ADC级520的SHA 521和ADC 522。SHA 521和ADC 52将输入模拟信号从模拟转换为数字，并将转换信号N3输出到控制逻辑器件530。然而，如果输入模拟信号的幅度达到40dB，则第三ADC级520的ADC 522的饱和检测器检测到ADC 522饱和，并将饱和信号输出到控制逻辑器件530。
当控制逻辑器件530从第三ADC级520的ADC 522的饱和检测器SAT接收到饱和信号时，其将使能信号输出到第二ADC级510的使能输入EN以及第二旁路线532的开关534。使能信号接通第二ADC级510，并打开第二旁路线532的开关534，以禁用第二旁路线532，假设输入模拟信号的幅度保持低于60dB从而第一旁路线531的开关534保持闭合，则输入模拟信号停止直接传递到第三ADC级520的SHA 521的输入，而是经由第一旁路线532，直接传递到第二ADC级510的SHA 511的输入。第二ADC级510的SHA 511和ADC 512将输入模拟信号从模拟转换为数字，并将转换信号N2输出到控制逻辑器件530和DAC 513。DAC 513将ADC 512的输出转换回模拟信号，并将重新转换的模拟信号输出到减法器514。减法器514然后在从SHA 511传递来的输入模拟信号中减去重新转换的模拟信号。将减法所得的信号传递到第三ADC级520的输入，第三ADC级520执行信号的模数转换，并将转换信号N3输出到控制逻辑器件530。然而，如果输入模拟信号的幅度达到60dB，则第二ADC级510的ADC 512的饱和检测器SAT检测到ADC 512饱和，并将饱和信号输出到控制逻辑器件530。
当控制逻辑器件530从第二ADC级510的ADC 512的饱和检测器SAT接收到饱和信号时，其将使能信号输出到第一ADC级500的使能输入EN以及第一旁路线531的开关533。使能信号接通第一ADC级500，并打开第一旁路线531的开关533，以禁用第一旁路线531，使得输入模拟信号停止直接传递到第二ADC级510的SHA 511的输入，而是直接传递到第一ADC级500的SHA 501的输入。第一ADC级500的SHA 501和ADC 502将输入模拟信号从模拟转换为数字，并将转换信号N1输出到控制逻辑器件530和DAC 503。DAC 503将ADC 502的输出转换回模拟信号，并将重新转换的模拟信号输出到减法器504。减法器504然后在从SHA 501传递来的输入模拟信号中减去重新转换的模拟信号。将减法所得的信号传递到第二ADC级510的输入，第二ADC级510执行信号的模数转换，并将转换信号N2输出到控制逻辑器件530，并将其减法器514所输出的信号传递到第三ADC级520，第三ADC 520执行信号的模数转换，并将转换信号N3输出到控制逻辑器件530。
控制逻辑器件530接收每个ADC级500、510、520的ADC 502、512、522的输出N1、N2、N3。当控制逻辑器件530不将使能信号输出到第一ADC级500或第二ADC级时，ADC单元208、210的输出只是第三ADC级520的输出N3；当逻辑控制器件将使能信号输出到第二ADC级510，而不输出到第一ADC级500时，ADC单元208、210的输出是第二和第三ADC级510、520的组合输出N2、N3；当控制逻辑器件将使能信号输出到第一ADC级500和第二ADC级510时，ADC单元208、210的输出是第一、第二和第三ADC级500、510、520的组合输出N1、N2、N3。当组合输出N1、N2、N3时，第三ADC级520的输出N3形成最低有效位，第二ADC级510的输出N2形成紧邻的最低有效位，第一ADC级500的输出N1形成组合信号的最高有效位。
将认识到，在输入模拟信号的幅度增加达到动态范围顶端(即分别为60dB和40dB)而使第二和第三ADC级510、520暂时饱和时，只要适当地接通第一或第二ADC即500、510，第二或第三ADC即510、520的饱和就可停止。因此，与ADC单元208、210的第二实施例相同，尽管在从第二和第三ADC即510、520的ADC 512、522接收到饱和信号时促使控制逻辑器件530将使能信号输出到第一和第二ADC级500、510，控制逻辑器件530继续输出使能信号，而不管其是否继续接收到饱和信号。控制逻辑器件530适当地通过监视第一ADC级500的ADC502或第二ADC级510的ADC512的输出，来判定何时停止输出使能信号。更具体地，在第二ADC级510打开而第一ADC级500未打开时，控制逻辑器件530监视第二ADC级510和第三ADC级520的输出，如果组合输出在长于给定的时间段内(例如几毫秒)持续表示输入模拟信号的幅度小于40dB，则停止将使能信号输出到第二ADC级510。类似地，在第一和第二ADC级500、510打开时，控制逻辑器件530监视第一、第二和第三ADC级500、510、510的输出，如果组合输出在长于给定的时间段内持续表示输入模拟信号的幅度小于60dB，则停止将使能信号输出到第一ADC级500。这表示，当信号在给定时间段内分别小于60dB或40dB时，切断第一ADC级500和第二ADC级510。
在本说明书和权利要求中，元件前的词“一”或“一个”并不排除存在多个这种元件。此外，词“包括”并不排除所列之外的其它元件或步骤的存在。
权利要求中括号内的附图标记意欲有助于理解而不是限制。本发明的所述实施例仅是可实现本发明的示例。本领域技术人员可进行对所述实施例的修改、改变和变化。可在不背离权利要求及其等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，进行修改、改变和变化。
权利要求
1.一种用于将输入模拟信号转换为数字输出的设备(208，210)，设备(208，210)包括两个或两个以上具有不同动态范围的模数转换器(301，302，401，402，501，502)；以及激活电路，用于在输入模拟信号的幅度超过阈值电平时，激活动态范围比第二模数转换器更高的第一模数转换器。
2.根据权利要求1所述的设备(208，210)，其中，阈值电平大致是输入模拟信号使第二模数转换器(301，401，501)饱和的幅度。
3.根据权利要求1所述的设备(208，210)，其中，阈值电平是低于输入模拟信号使第二模数转换器(301，401，501)饱和的幅度，而且低的程度是一个分数。
4.根据权利要求3所述的设备(208，210)，其中，所述分数是大约20％或更少。
5.根据前述权利要求之任一所述的设备(208，210)，其中，激活电路包括检测器(SAT)，用于检测输入模拟信号的幅度何时超过阈值电平，并用于产生表示该检测的信号。
6.根据权利要求5所述的设备(208，210)，其中，第一模数转换器(302，402，502)具有用于接收信号以激活转换器(302，402，502)的使能输入(EN)，激活电路包括直接从检测器(SAT)到使能输入的连接，从而检测器(SAT)所产生的信号能够激活转换器(302，402，502)。
7.根据权利要求5所述的设备(208，210)，其中，激活电路包括控制器，用于将使能信号输出到第一模数转换器(302，402，502)的使能输入(EN)以激活第一模数转换器，并且控制器连接用于接收检测器(SAT)所产生的信号，其中，从检测器(SAT)所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平的时刻开始，直到控制器确定输入模拟信号的幅度足够小而能够不饱和地由第二模数转换器(301，401，501)转换为数字输出为止，控制器输出使能信号。
8.根据权利要求5所述的设备(208，210)，其中，激活电路包括控制器，用于将使能信号输出到第一模数转换器(302，402，502)的使能输入(EN)以激活第一模数转换器(302，402，502)，并且控制器连接用于接收检测器(SAT)所产生的信号，其中，在检测器(SAT)所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平时，控制器输出使能信号，并且在检测器(SAT)所产生的信号不再表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平之后持续一时间段。
9.根据前述权利要求之任一所述的设备(208，210)，其中，第一模数转换器(302，402)的分辨率高于第二模数转换器(301，401)。
10.根据前述权利要求之任一所述的设备(208，210)，包括选择器(303，403)，用于选择具有最高动态范围的被激活的模数转换器(301，302，401，402，501，502)的输出作为设备(208，210)的数字输出。
11.根据权利要求1至8之任一所述的设备(208，210)，其中，所述两个/所有数模转换器(501，502)具有大致相同的分辨率。
12.根据权利要求1至8之任一或11所述的设备(208，210)，包括组合电路(530)，用于组合被激活的模数转换器(501，502)的输出，作为设备(208，210)的数字输出。
13.一种多级连接的模数转换单元，包括根据权利要求1至8之任一、或11或12所述的设备(208，210)。
14.根据前述权利要求之任一所述的设备(208，210)，包括动态范围比第二模数转换器(301，401，501)低的第三模数转换器(300，400，500)，其中，激活电路设置用于在输入模拟信号的幅度超过另一阈值电平时激活第二模数转换器(301，401，501)。
15.一种使用两个或两个以上具有不同动态范围的模数转换器(301，302，401，402，501，502)，将输入模拟信号转换为数字输出的方法，该方法包括当输入模拟信号的幅度超过阈值电平时，激活动态范围比第二模数转换器(301，401，501)更高的第一模数转换器(302，402，502)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，阈值电平大致是输入模拟信号使第二模数转换器(301，401，501)饱和的幅度。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，阈值电平是低于输入模拟信号使第二模数转换器(301，401，501)饱和的幅度，而且低的程度是一个分数。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述分数是大约20％或更少。
19.根据权利要求15至18之任一所述的方法，包括，检测输入模拟信号的幅度何时超过阈值电平，以及产生表示该检测的信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，第一模数转换器(302，402，502)具有用于接收信号以激活转换器(302，402，502)的使能输入(EN)，并且所述方法包括将表示检测的信号直接输出到使能输入(EN)，从而该信号能够激活转换器(302，402，502)。
21.根据权利要求19所述的方法，包括从所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平，直到确定输入模拟信号的幅度足够小而能够由不饱和的第二模数转换器(301，401，501)转换为数字输出为止，将使能信号输出到第一模数转换器(302，402，502)的使能输入(EN)以激活第一模数转换器(302，402，502)。
22.根据权利要求19所述的方法，包括在所产生的信号表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平时，将使能信号输出到第一模数转换器(302，402，502)的使能输入(EN)以激活第一模数转换器(302，402，502)，并且在所产生的信号不再表示输入模拟信号的幅度超过阈值电平之后持续一时间段。
23.根据权利要求1至22之任一所述的方法，其中，第一模数转换器(302，402)的分辨率高于第二模数转换器(301，401)。
24.根据权利要求1至23之任一所述的方法，包括选择具有最高动态范围的被激活的模数转换器(301，302，401，402)的输出，作为数字输出。
25.根据权利要求1至22之任一所述的方法，其中，所述两个/所有数模转换器(501，502)具有大致相同的分辨率。
26.根据权利要求15至22之任一或25所述的方法，包括组合被接通的模数转换器(501，502)的输出，作为数字输出。
27.根据权利要求15至26之任一所述的方法，包括使用动态范围比第二模数转换器(301，401，501)低的第三模数转换器(300，400，500)，并在输入模拟信号的幅度超过另一阈值电平时激活第二模数转换器(301，401，501)。
28.计算机程序代码，在计算机处理装置处理所述计算机程序代码时执行根据权利要求15至27之任一所述的方法。
29.一种无线电接收机，包括根据权利要求1至12之任一或权利要求14所述的设备。
30.一种无线电接收机，包括根据权利要求13所述的多级连接的模数转换单元。
全文摘要
模数转换单元(208，210)，包括具有不同动态范围的三个模数转换器(ADC)(300，301，302)。最低动态范围ADC(300)和中间动态范围ADC(301)具有饱和检测器SAT，用于在输入模拟信号的幅度达到它们各自的动态范围并使它们饱和时输出信号。中间动态范围ADC(301)和最高动态范围ADC(302)具有用于接通它们的使能输入EN。最低动态范围ADC(300)的饱和检测器SAR的输出连接到中间动态范围ADC(301)的使能输入EN。中间动态范围ADC(301)的饱和检测器SAT的输出连接到最高动态范围ADC(302)的使能输入EN。在中间和最高动态范围ADC(301，302)正常切断时，当最低动态范围ADC饱和时，接通中间动态范围ADC(301)；当中间动态范围ADC(301)饱和时，接通最高动态范围ADC(302)。
文档编号H03M1/18GK101040443SQ200580035325
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月14日 优先权日2004年10月16日
发明者安东尼·D·萨耶斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司