专利名称：分辨率增强的模数转换的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理，尤其涉及模数转换技术。
背景技术：
可将模拟信号传递给模数(A/D)转换器来对该模拟信号进行数字编码。然而，由于在某些模拟信号的动态范围中的大偏差，A/D转换器的转换电压范围可能与该模拟信号的动态范围不匹配和/或不能提供足够高的模数转换分辨率。此外，由于硬件和/或环境条件，模拟信号可按期望的时变方式来修改。然而，由于模拟信号修改的时变差异，在A/D 转换器中实现的用于调整模拟信号以适合该动态范围的静态组件可能并未考虑时变模拟信号修改。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式介绍在以下具体实施方式
中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中提及的任何或所有缺点的实现。根据本发明各实施例的分辨率增强的模数信号转换电路包括多个并行安排的模数转换器。多个模数转换器中的每一模数转换器被配置成输出数字信号，该数字信号标识到该模数转换器的模拟信号输入。分辨率增强的模数信号转换器电路还包括输入调节模块，该输入调节模块被配置成在到该模数转接器的模拟信号输入以其他方式都会在与多个模数转接器中的任一个模数转换器对应的电压范围以外的情况下，将这一模拟信号修剪成与该模数转换器对应的电压范围内的模拟信号。分辨率增强的模数信号转换电路还包括控制器，该控制器别配置成接收从多个模数转换器中的每一个模数转换器输出的数字信号， 并且基于从该多个模数转换器中具有最高模数转换分辨率的一个未修剪的模数转换器处接收的一个或多个数字信号来输出经编码的信号。
图1示意性地示出本发明的分辨率增强的模数信号转换电路的一实施例。图2示意性地示出本发明的分辨率增强的模数信号转换电路的另一实施例。图3示意性地示出本发明的分辨率增强的模数信号转换电路的另一实施例。图4示意性地示出包括在汽车环境中所实现的分辨率增强的模数信号转换电路的音频捕捉系统的一实施例。
具体实施例方式本发明涉及模数(A/D)信号转换。更具体地，本发明涉及用增强的分辨率来对模拟信号输入进行跨动态范围的数字化的A/D信号转换电路。所公开的A/D信号转换电路可限制对数字信号输出的量化噪声。图1示意性地示出本发明的分辨率增强的A/D信号转换电路100的一实施例。分辨率增强的A/D信号转换电路100可被配置成转换任何类型的模拟信号，包括音频信号 (例如语音)、光信号(例如红外光)等。在另一示例中，模拟信号输入可包括反馈给分辨率增强的A/D信号转换电路100的模拟输出。模拟信号输入可由任何类型的模拟信号捕捉设备来捕捉。例如，模拟信号捕捉设备可包括话筒、光捕捉设备、加速计等。分辨率增强的 A/D信号转换电路100可包括输入调节模块102、多个A/D转换器104、以及控制器106。输入调节模块102可被配置成接收动态范围内的模拟信号输入108。在一个示例中，模拟信号输入108表征音频输入，或更具体而言，表征语音输入。模拟音频输入可由诸如输入话筒之类的音频捕捉设备来提供。最大电压110可根据话筒的可检测范围来设置。 换言之，可选择最大电压以便与生成模拟信号输入的输入设备的硬件限制相对应。可以理解，模拟信号输入108可表示任何合适类型的时变量，并且可由实际上任何一个或多个合适的模拟输入源来提供。输入调节模块102可被配置成在动态范围内定义多个不同电压范围。在所示实施例中，输入调节模块102包括多个限制器112。多个限制器112中的每一个电耦合到多个A/ D转换器104中一个对应的A/D转换器。每一限制器通过在模拟信号输入108大于局部最大电压或小于局部最小电压的情况下将模拟信号输入108修剪到由该局部最大电压和局部最小电压所限定的对应电压范围内，来保护每一对应的A/D转换器以免变得过度饱和。具体地，多个限制器112中的一个限制器可通过在模拟信号输入的电压大于电压范围的局部最大电压的情况下将该模拟输入信号的电压调整到该局部最大电压、或通过在模拟信号输入的电压小于局部最小电压的情况下将该模拟输入信号的电压调整到该局部最小电压，来修剪该模拟信号输入。注意到多个限制器112中的一个或多个限制器可在该限制器的限定的电压范围内修剪模拟信号输入，而不调整提供给多个限制器112中的其他限制器的模拟信号输入。在一个示例中，电压跟随电路可在多个限制器112中的一个或多个限制器的输入处实现，以便阻止限制器改变提供给多个限制器112中的其他限制器的模拟信号输入。可将多个限制器112中每一限制器的电压范围设置成任何合适的电压范围。多个电压范围可具有不同的大小。例如，可将第一电压范围的大小定为匹配模拟信号输入的动态范围，并且其他电压范围可被定为更小以便在模拟信号输入的不同区域处提供更大的分辨率。在某些实施例中，多个电压范围可以以不同的目标电压为中心或聚焦于不同的目标电压。在某些实施例中，多个电压范围可以以相同的目标电压为中心。在所示实施例中，因为分辨率增强的A/D信号转换电路100可被配置成转换表示音频或语音捕捉的模拟信号输入，所以多个限制器112的电压范围可以以相同的零伏目标电压为中心，这可表示话筒没有音频输入的稳定状态操作。注意到电路100可适用于其他模拟信号输入，并且目标电压可表示实际上任何模拟传感器的稳定状态操作。具体而言，多个限制器112中的每一限制器可将模拟信号输入108修剪到不同电压范围，该不同电压范围逐渐地(progressively)小于由最大电压110所表征的动态范围，并且每一不同电压范围可以以零伏为中心以便提供关于该目标电压的增加的信号转换分辨率。例如，第一限制器114可被配置成将模拟信号输入108修剪到匹配该动态范围且以零伏为中心的电压范围。具体而言，第一限制器114的局部最大电压可被设置在最大电压110处，并且第一限制器114的局部最小电压可被设置成与最大电压110乘以因子[-1] 相等的一电压。因此，第一限制器114具有电压范围[A，-A]，其中A为最大电压110。第二限制器116可被配置成将模拟信号输入108修剪到以零伏为中心的不同电压范围，该电压范围逐渐地小于由第一限制器114所修剪的电压范围。具体而言，可将第二限制器116的局部最大电压设置成等于第一限制器114的局部最大电压乘以因子[1/B]的电压，其中B对应于A/D转换器的测量间隔数、或者B提供期望更大分辨率的范围。在某些实施例中，多个A/D转换器104的测量间隔数是按位来测量的。可将第二限制器116的局部最小电压设置成与第一限制器114的局部最小电压乘以因子[1/B]相等的电压。因此，第二限制器116具有电压范围[A/B，-A/B]。第三限制器118可被配置成将模拟信号输入108修剪到以零伏为中心的不同电压范围，该电压范围逐渐地小于第二限制器116。具体而言，可将第三限制器118的局部最大电压设置成与第二限制器116的局部最大电压乘以因子[1/B]相等的电压。可将第三限制器118的局部最小电压设置成与第二限制器116的局部最小电压乘以因子[1/B]相等的电压。因此，第三限制器118具有电压范围[A/(B2)，-A/(B2)]。第四限制器120可被配置成将模拟信号输入108修剪到以零伏为中心的不同电压范围，该电压范围逐渐地小于第三限制器118。具体而言，可将第四限制器120的局部最大电压设置成与第三限制器118的局部最大电压乘以因子[1/B]相等的电压。可将第四限制器120的局部最小电压设置成与第三限制器118的局部最小电压乘以因子[1/B]相等的电压。因此，第四限制器120具有电压范围[A/(B3)，-A/(B3)]。第五限制器122可被配置成将模拟信号输入108修剪到以零伏为中心的不同电压范围，该电压范围逐渐地小于第四限制器120。具体而言，可将第五限制器122的局部最大电压设置成与第四限制器120的局部最大电压乘以因子[1/B]相等的电压。可将第五限制器122的局部最小电压设置成与第四限制器120的局部最小电压乘以因子[1/B]相等的电压。因此，第五限制器122具有电压范围[A/(B4)，-A/(B4)]。在所示实施例中，输入调节模块102包括多个限制器112，其各自具有包括固定局部最大电压和固定局部最小电压的电压范围。在某些实施例中，输入调节模块102可改为被配置成基于操作参数来动态地调整一个或多个限制器的局部最大电压和/或局部最小电压、和/或多个A/D转换器104中的一个或多个的对应电压范围。作为一个示例，操作参数可包括模拟信号输入108的电压电平。在某些实施例中，输入调节模块102可不包括任何限制器。在某些实施例中，输入调节模块102可被配置成经由软件控制或另一合适机制按固定或动态方式来设置多个A/D 转换器的一个或多个电压范围。继续图1，分辨率增强的A/D信号转换电路100包括并行地安排的多个A/D转换器。多个A/D转换器1041中的每一 A/D转换器可被配置成输出数字信号，该数字信号标识到该A/D转换器的模拟信号输入。换言之，多个A/D转换器104中的每一 A/D转换器输出数字信号，该数字信号表示该A/D转换器的电压范围中的模拟信号输入。此外，每一 A/D转换器所输出的数字信号具有可基于该A/D转换器的电压范围和测量间隔数(例如，位、2(
等)的分辨率。如上所述，第一 A/D转换器IM可被配置成转换第一电压范围的模拟信号。在一个示例中，第一电压范围等价于动态范围(例如[A，_A])。每一其他A/D转换器(例如第二 A/D转换器126、第三A/D转换器128、第四A/D转换器130、第五A/D转换器13 可被配置成使用逐渐增高的A/D转换分辨率来对逐渐减小的电压范围的模型信号进行转换。在所示实施例中，每一电压范围以零伏为中心且从动态范围逐渐以常数因子(例如[1/B])降低。分辨率增强的A/D信号转换电路100包括控制器106，该控制器106可被配置成接收多个A/D转换器104中的每一个并行地输出的数字信号。控制器106可被配置成基于从多个A/D转换器104中具有最高A/D转换分辨率的一个未修剪的转换器中所接收的一个数字信号来输出已编码信号134。换言之，控制器106可被配置成从具有最高分辨率并在电压范围内且未被设置成该电压范围的局部最大电压或局部最小电压的A/D转换器中选择数字信号，并且输出标识所选A/D转换器的模拟输入电压的已编码信号134。注意，控制器 106可被配置成对从多个A/D转换器104输出的多个数字信号中的一个或多个数字信号执行任何合适的数学或逻辑运算，以输出已编码信号134。以下提供了一段示例伪代码，用于配置控制器106来为浮点输出选择数字信号， 其中由电路100输出的已编码信号134基于该该浮点输出。float outputLevel = 0.0;
if (level5. value < level5 .maxLevel-level5 .tolerance
Il level5.value > level5.minLevel+level5.tolerance) { outputlevel = Ievel5.value*level5.scale; // 其中 scale (缩放)将局部电压电平与A/D转换器的最大/最小电压相关。 } else if (level4.value < level4.maxLevel-level4.tolerance Il level4.value > level4.minLevel+level4.tolerance) {
outputlevel = level4.value *level4.scale; // 其中 scale (缩方文)将局部电压电平与A/D转换器的最大/最小电压相关。 } else if (level3 .value < level3.maxLevel-level3 .tolerance U level3.value > IeveB.minLevel+level3.tolerance) {
outputlevel = level3.value *level3.scale; // 其中 scale (缩放)将局部电压电平与A/D转换器的最大/最小电压相关。 } if (level2.value < level2.maxLevel-level2.tolerance
Il level2.value > level2.minLevel+level2.tolerance) {
outputlevel = level2.value *level2.scale; // 其中 scale (缩方夂)将局部电压电平与NO转换器的最大/最小电压相关。 } else {//最高级别是最佳分辨率。
outputlevel = levell.value *levell.scale; // 其中 scale (缩放)将局部电压电平与A/D转换器的最大/最小电压相关。
} 伪代码以从最高分辨率A/D转换器输出的数字信号开始，并且检查该数字信号是否等效于A/D转换器的电压范围的预定容限内的局部最大电压或预定容限内的局部最小电压。如果数字信号不等效于A/D转换器的电压范围的预定容限内的局部最大电压或预定容限内的局部最小电压，则该数字信号不被修剪且该数字信号被选择，并且已编码信号1；34 基于该数字信号。例如，所选数字信号可乘以A/D转换器/限制器的电压范围的缩放，并且所得的积可被包括在已编码信号134中。如果数字信号等效于A/D转换器的电压范围的预定容限内的局部最大电压或预定容限内的局部最小电压，则该数字信号被修剪且该数字信号不被选择。注意在某些实施中，预定容限可在每一对A/D转换器-限制器的基础上来设置，因为每一 A/D转换器可具有不同噪声和/或电轨特征。另一方面，在某些实施例中，对于某些或全部A/D转换器-限制器对，预定容限可以是相同的。伪代码移动至次高分辨率的A/D转换器，以此类推，搜索未修剪的数字信号，直到找到未修剪的数字信号为止。由于搜索在最高分辨率的数字信号处开始且移动至最低分辨率的数字信号，因此所找出的第一个未修剪的信号是最高分辨率的未修剪的信号。例如，使用以上参考图1所描述的示例，如果A = 1且B = 4，并且多个A/D转换器中的每一个都是16位，则以下条件适用
权利要求
1.一种分辨率增强的模数信号转换电路(100)，包括并行地安排的多个模数转换器(104)，所述多个模数转换器(104)中的每一模数转换器被配置成输出标识到所述模模数转换器的模拟信号输入(108)的数字信号，所述多个模数转换器中的一个被配置成转换第一电压范围的模拟电压，并且每一其他模数转换器被配置成用逐渐更高的模数转换分辨率对逐渐变小的电压范围的模拟信号进行转换；输入调节模块(102)，所述输入调节模块(10 被配置成在所述多个模数转换器(104)中的任一个的模拟信号输入(108)以其他方式都会在对应于所述模拟转换器的电压范围以外的情况下，将这一模拟信号修剪成对应于所述模数转换器的电压范围内的模拟信号；以及控制器 (106)，所述控制器(106)被配置成接收从所述多个模数转换器中的每一个输出的数字信号，并且基于从所述多个模数转换器中具有最高模数转换分辨率的一个未修剪的模数转换器处接收的一个这样的数字信号来输出已编码信号(134)。
2.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，所述多个模数转换器中的每一个被配置成标识不同的且逐渐变小的电压范围中的模拟信号，并且其中每一个不同的电压范围以相同的目标电压为中心。
3.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，所述控制器被配置成基于所述一个这样的数字信号以及一个或多个其他未修剪的信号来输出已编码信号。
4.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，所述多个模数转换器各自具有相同的测量间隔数。
5.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，所述输入调节模块被配置成基于操作参数来动态地调整所述多个模数转换器中的一个或多个的对应电压范围的局部最大电压和/或局部最小电压。
6.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，每一电压范围包括固定的局部最大电压和固定的局部最小电压。
7.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，每一其他电压范围在大小上从所述第一电压范围按常数因子减小。
8.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，所述已编码信号包括浮点数，所述浮点数指示从具有所述最高模数转换分辨率的所述未修剪的模数转换器处接收的数字信号的电压电平。
9.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，所述已编码信号包括整数值，且所述控制器被配置成输出第二信号，所述第二信号包括倍数值，所述倍数值将所述整数值的缩放比例限定为与从具有所述最高模数转换分辨率的所述未修剪的模数转换器处接收的数字信号的电压电平相对应。
10.如权利要求1所述的分辨率增强的模数信号转换电路，其特征在于，所述输入调节模块包括多个限制器，所述多个限制器中的每一限制器都电耦合至对应的模数转换器、并且被配置成在到所述模数转换器的模拟信号输入以其他方式都会在对应于该模数转换器的电压范围以外的情况下将该模拟信号输入修剪成对应于该模数转换器的电压范围内的模拟信号。
全文摘要
本发明公开了分辨率增强的模数转换。提供了一种分辨率增强的模数信号转换电路。该电路包括并行地安排的多个模数转换器。多个模数转换器中的每一模数转换器被配置成输出数字信号，该数字信号标识输入到该模数转换器的模拟信号输入。该电路还包括输入调节模块，该输入调节模块被配置为在到多个模数转换器的任一个的模拟信号输入以其他方式都会在对应于该模数转换器的电压范围以外的情况下，将这一模拟信号修剪到所述电压范围内。该电路还包括控制器，所述控制器被配置成接收从每一模数转换器输出的数字信号，并且基于从具有最高转换分辨率的未修剪的模数转换器处接收的一个或多个数字信号来输出已编码信号。
文档编号H03M1/12GK102427367SQ20111037517
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月8日 优先权日2010年11月9日
发明者A·洛维特 申请人:微软公司