自适应内插和检索以细化脉宽调制中的采样的制作方法与工艺

自适应内插和检索以细化脉宽调制中的采样相关申请的交叉引用本专利公开要求于2012年3月14日提交的第61/610,749号美国临时申请的权益，其公开内容通过引用的方式全部并入于此。

背景技术：
这里所提供的背景描述是用于大体上呈现本公开的上下文的目的。在本背景技术部分所述的工作以及在提交时说明书中未经另外证明的方面的程度上，不应明确或暗示地将本发明人的工作视为与本公开冲突的现有技术。脉宽调制(PWM)涉及通过数字装置生成信号的技术。例如，该数字装置可以反复改变或者调制方波的占空比，以便近似于模拟信号。例如，PWM通常是产生避免功率损耗过大的信号的有效方法。此外，不同的技术可以用于生成PWM信号。然而，每项技术可能遭受不同的困难，诸如干扰或者准确度降低。

技术实现要素：
总体而言，在一个方面中，本说明书公开了用于使用模拟信号的样本来生成脉宽调制(PWM)信号的装置。该装置包括交叉点逻辑，其被配置为通过识别样本来确定沿着模拟信号的哪些样本接近参考信号和模拟信号的交点，该交点存在于所述样本之间。该交点是模拟信号与参考信号相交的点。该装置包括内插逻辑，其被配置为通过使用样本来对沿着模拟信号的接近交点的点进行自适应内插。该内插逻辑被配置为对点自适应内插，从而细化内部存在交点的点之间的区域。该装置包括检索逻辑，其被配置为在区域内部检索，从而通过使用内插点产生交点的估计位置。该装置包括信号发生器，其被配置为生成PWM信号的脉冲序列中的作为交点的估计位置的函数的脉冲。在另一个实施方式中，信号发生器被配置为通过生成宽度基于交点的估计位置的脉冲来生成脉冲。在另一个实施方式中，检索逻辑被配置为使用二分检索算法产生估计位置，以对该区域进行检索。检索逻辑被配置为通过使用二分检索算法在区域内部检索，直到估计位置满足预定条件，从而对该区域进行检索。该预定条件限定用于二分检索算法的迭代的数目。总体而言，在另一方面中，本说明书公开了用于使用模拟信号的样本生成脉宽调制(PWM)信号的方法。该方法包括由信号处理器通过识别其间存在交点的样本来确定沿着模拟信号的哪些样本接近参考信号和所述模拟信号的交点。该交点是模拟信号与参考信号相交的点。该方法包括通过使用所述样本，对沿着模拟信号的接近交点的点进行自适应内插。对点进行自适应内插细化了内部存在交点的点之间的区域。该方法包括在区域内部检索，从而通过使用内插点产生交点的估计位置。该方法包括生成PWM信号的脉冲序列中的作为交点的估计位置的函数的脉冲。总体而言，在另一个方面中，本说明书公开了一种非瞬态计算机可读介质，指令在由计算机执行时使得计算机执行一种方法。该方法包括分析模拟信号的样本。该方法包括由计算机中的信号处理器对沿着模拟信号的接近交点的点进行自适应内插。对点进行自适应内插使用沿着模拟信号的接近参考信号的样本，从而细化内部存在交点的点之间的区域。该交点是模拟信号与参考信号相交的点。该方法包括在区域内部检索，从而通过使用内插点产生交点的估计位置。附图说明附图被并入并组成本说明书的一部分，其示出了本公开的各种系统、方法和其它实施方式。图中所示的单元边界(例如框、框组或者其它形状)代表边界的一个示例。在一些示例中，可以设计一个单元为多个单元或者可以设计多个单元为一个单元。在一些实施方式中，可以实施如下单元为外部部件，示出该单元为另一单元的内部部件，并且反之亦然。图1示出信号处理器的一个实施方式，其与生成PWM信号时从均匀样本点估计自然采样点相关联。图2示出方法的一个实施方式，其与生成PWM信号时从均匀样本点估计自然采样点相关联。图3示出识别接近在模拟信号和参考信号的图上示出的交点的样本的一个示例。图4示出用内插的多次迭代示出的沿着模拟信号内插的一个示例。图5示出在如模拟信号和参考信号的图上所示的内插点之间进行检索的一个示例。图6示出PWM输出与模拟信号和参考信号的图的比较。图7示出振幅和频率域的PWM输出的图。图8示出集成电路的一个实施方式，其与生成PWM信号时从均匀样本点估计自然采样点相关联。具体实施方式这里描述了系统、方法、及其他实施方式的示例，其与估计自然采样点以生成PWM信号的脉冲相关。自然采样点(也被称为NASP)是模拟输入信号与参考信号相交或者交叉的点。也就是说，当在图上一起绘制模拟信号和参考信号时，NASP是两个信号具有相同值、并因此在这里相交的点。自然采样脉宽调制(NPWM)使用NASP，从而确定PWM信号中的脉冲的宽度。然而，NPWM使用连续模拟信号，而不仅仅是样本，以便识别NASP。因此，为了执行NPWM，连续的模拟信号需要是可用的。另外，NPWM经历互调谱失真的困难。另一种用于在PWM中采样的技术是均匀采样脉宽调制(UPWM)。UPWM使用模拟信号的离散样本代替连续的模拟信号。然而，该离散样本并不总是提供NASP的准确近似。因此，UPWM不是如此精确的并且经历带内谐波失真的困难。因此，在一个实施方式中，信号处理器被配置为使用模拟信号的离散样本估计NASP。以这种方式，该信号处理器能够确定NASP的更精确的表示，而不需要使用连续的模拟信号，并且也避免了互调谱失真和带内谐波失真的困难。参考图1，示出信号处理器100的一个实施方式，在生成PWM信号110中的脉冲时，该实施方式与估计自然采样点(NASP)相关联。信号处理器100包括交叉点逻辑120、内插逻辑130、检索逻辑140和信号发生器150。该信号处理器100接收作为输入的模拟信号160和参考信号170。模拟信号160例如是音频信号、控制信号、或者使用脉宽调制(PWM)而被转换为数字形式的另一模拟信号。参考信号170是周期的且重复出现的三角波形或者锯齿载波波形，当确定模拟信号160的值时其被信号处理器100用作参考值。尽管模拟信号160和参考信号170被讨论作为信号处理器100的输入，但是信号160和170的连续值并不由信号处理器100使用。相反，在一个实施方式中，交叉点逻辑120被配置为在离散的时间点对信号160和170采样。以这种方式，信号处理器100不使用缓冲器/存储空间用于整体信号160和170，而是只用于样本。例如，样本是沿着信号160和170中的一个或者两者的离散点，其由振幅值(例如，伏特或者分贝)表示。样本能够被标准化，以便在标绘图上比较两个信号160和170。在一个实施方式中，交叉点逻辑120被配置为使用模拟信号160的样本确定交叉点的可能的位置。交点是模拟信号160与参考信号170相交的点。也就是说，交叉点逻辑120确定沿着模拟信号160的哪些样本接近交点。例如，交叉点逻辑120识别两个样本，其在任一侧接近参考信号170。交叉点逻辑120反复从参考信号170的每个样本的值中减去模拟信号160的每个相应样本的值。通常，相应样本是在相同离散时间得到的样本。当交叉点逻辑120识别结果之间的正负的变化时，然后两个邻近样本(例如，减去两个先前的样本提供了正值，而减去两个当前样本提供负值)已经被识别。正负的变化指示信号160和170已经交叉，并因此在这两个样本之间存在交点。通过定位接近参考信号170的两个模拟信号160的样本，交叉点逻辑120使得在其中对值进行内插和检索交点的区域变窄。例如，一旦识别了两个邻近的样本，那么内插逻辑130被配置为沿着模拟信号160的接近交点的点进行内插。内插逻辑130使用由交点逻辑120识别的两个样本作为用于内插的起始点。因此，内插逻辑130产生沿着模拟信号160的附加点，这些点比模拟信号160的原始样本更接近交点。在一个实施方式中，内插逻辑130被配置为对沿着模拟信号160的点以多个回合迭代地内插，例如直到内插点满足预定的条件(例如，在交点的某一范围内，或者已经执行预定数目的内插)。以这种方式，内插逻辑130被配置为对点内插，从而细化内部存在交点的点之间的区域。内插逻辑130能够被配置为使用不同的算法对点进行内插。例如，内插逻辑130能够被配置为使用拉格朗日内插法、赫米特内插法、线性内插法、三次样条内插法等内插法。在内插逻辑130已经对点内插之后，检索逻辑140被配置为在由内插点定义的细化区域内部进行检索。因此，检索逻辑140能够将检索聚集到细化区域上，并因此产生交点位置的更精确的估计。例如，检索逻辑140被配置为在由内插点定义的区域内部实行二分查找或者其他检索，从而产生交点的估计位置。因此，例如，检索逻辑140不在参考信号170的整个周期内部进行检索，而是只在被限制于最接近交点的空间的细化区域进行检索。以这种方式，检索逻辑140通过使用模拟信号160的均匀离散样本产生交点位置的精确估计。然而，信号处理器100避免了通过其它方法所遇到的困难，例如其他方法通过以下方式使用离散样本，即通过细化样本以进一步估计交点的位置而产生PWM信号110，因此使用密切近似NASP的点。一旦检索逻辑140产生交点(即，NASP)位置的估计，那么信号发生器150生成PWM信号110的脉冲序列中的脉冲，该脉冲作为交点的估计位置的函数。换句话说，信号发生器150被配置为生成宽度基于交点的估计位置的脉冲。例如，认为参考信号170是具有正斜率的恒定重复信号。从参考信号170的每个周期的开始点，参考信号的值逐渐的上升。最后，模拟信号160在交点与参考信号170相交，其是与参考信号170的给定周期的开始点的距离D(以时间为单位)。信号发生器150被配置为生成脉冲宽度(例如，占空比)例如等于距离D的脉冲。在一个实施方式中，信号发生器150根据三级PWM方案、前沿方案、后沿方案、中心沿方案、或者生成脉宽调制信号的脉冲的其他方法来生成脉冲。在任一情况下，信号发生器150在PWM信号的脉冲序列中生成与交点的估计位置相关联的脉冲。因此，信号处理器100反复估计交点并生成脉冲，从而形成PWM信号110的脉冲序列。信号处理器100的更多细节和对交点进行估计将会参考图2来讨论。图2示出与生成PWM信号时从均匀样本点估计自然采样点(NASP)相关的方法200。为了便于讨论，将从信号处理器100的角度讨论方法200。另外，结合图3至7中所示的示例来讨论方法200。当信号处理器100对模拟信号(例如，模拟信号160)采样时，方法200从210开始。样本是以均匀周期按时间(例如，每微秒)出现的离散样本。信号处理器100也能够使用相同的均匀周期对参考信号(例如，参考信号170)采样，以便提供在时间上对应于模拟信号的样本的参考信号的样本。在一个实施方式中，信号处理器100将样本存储在缓冲器中，从而等待进一步处理。图3示出时间(X轴)与幅度(Y轴)之间的关系的图300，其包括参考信号170的样本(即，S0-S10)和模拟信号160的样本(即，X0-X10)。如图3中所示，样本根据用于每个信号的均匀间隔而存在。例如，如图3中所示，采样频率是图3也示出了参考信号170的周期，其由给出。fpwm是PWM信号110的频率。参考信号的每个周期的样本数目(TR)可表示如下。继续描述图2和方法200，在220，信号处理器100确定沿着模拟信号160的哪些样本接近参考信号170和模拟信号160的相交点(即，交点315)。例如，进一步考虑图3。对于锯齿波1(saw1)，信号处理器100通过比较X0和S0从而得到Δxsii开始，在下面进一步限定Δxsii。对于X0和S0，Δxsii将具有正值。因此，信号处理器100通过样本(例如，X1..i和S1..i)反复地继续，直到得到正负的变化(即，负值)。在图3中，从X2、S2到X3、S3存在正负的变化，因为在这些样本之间存在交点315。由于先前的比较，正负的变化指示模拟信号160已经在参考信号170上交叉。以这种方式，信号处理器100能够通过识别之间出现交点的两个样本(即，左样本和右样本)来识别交点的大体区域。下列伪码提供方法200可以如何通过比较样本点而在220进行的示例。继续描述图2的方法200，在230，信号处理器100对沿着模拟信号160的接近交点315的点进行自适应内插(例如，自适应上采样)。例如，信号处理器100使用在220确定的两个样本，从而对沿着模拟信号160的附加点进行自适应内插。以这种方式，信号处理器100对点内插，以细化之间存在交点315的点之间的区域。此外，在一个实施方式中，信号处理器100使用除这两个样本以外的其它样本。例如，根据由信号处理器100采用的一类内插(例如，四点赫米特内插、样条内插等)，不同数目的点可以被用于内插的每个迭代。因此，信号处理器100可以不仅使用接近交点的两个样本，而且可以使用距离交点较远的其他样本，用于第一轮内插。以这种方式，由信号处理器100内插的点具有较大的准确度。例如，图4示出多个自适应内插操作400。样本点405是来自方法200的210的样本。两个样本Xlow410和Xhigh415是沿着模拟信号160的两个邻近的样本，这两个样本最接近与参考信号170的交点。在内插操作1中，使用四个样本点405，其包括两个邻近的样本410和415，从而产生内插点430。在其他的实施方式中，使用更多样本点405，或者例如根据所实施的内插类型只使用两个邻近的样本410和415。图4示出四点赫米特内插。因此，每个内插操作1-4使用四个点作为输入，从而对每个附加点内插。例如，第一操作430中的输入点是来自方法200的210的全部样本点405。然而，操作2-4可以主要使用来自先前操作的内插点。也就是说，例如，如果一个或多个样本点比来自先前操作的内插点更靠近交点，那么操作2-4可以使用这些样本点405。例如，如果新的内插点比样本和任何以前的内插点更靠近，那么信号处理器100自适应选择点，从而通过在缓冲器之间移动点并且通过将内插点存储到缓冲器中以便为下一次内插操作而存储。以这种方式，信号处理器100在自适应内插时使用较少的存储空间。当然，所实现的缓冲器的数目能够根据所执行的内插类型而变化。通常，操作2-4主要使用来自先前操作的内插点(例如，430-440)，然而，例如，如果内插点没有相对于先前的点改进(例如，更靠近)，那么当内插时信号处理器100自适应选择更靠近的点，从而避免保留没有细化区域的点。例如，操作1通过针对每个内插使用四个样本点405对三个新的点430内插。操作2使用原始样本点405和来自操作1的三个内插点430对另外三个新的点435内插。图4示出在每个操作1-4的点之间的箭头，从而示出在信号处理器100的缓冲器之间如何自适应移动/改写点，以便为下一次操作保存点而删除距离交点较远的点。以这种方式，信号处理器100能够防止如下内插点或者样本点的使用，这些点距离交点比其他点更远，并且没有关于存储那些未改进细化区域的点的资源浪费。在操作3，信号处理器100使用来自操作2的三个点435以及其他点(例如，先前内插点和/或样本点)从而对两个点440内插。在操作3中，即使示出三个点，也只存在两次内插。只内插两个点而显示三个点，这是因为由于信号处理器100细化其中存在交点的区域，所以只对在最近点的一侧上的这些点内插。也就是说，例如，如果最靠近点在参考信号170的左侧，那么只对在最靠近点的右侧的点内插，因为在最靠近点左侧的点将距离参考信号170较远。以这种方式，信号处理器100自适应内插，从而将内插聚集在直接围绕交点的区域上。另外，通过以这种方式聚集内插，能够减少许多计算，从而改进内插的有效性。在操作4，由于与操作3中类似的原因，信号处理器100只对一个点内插。点445产生于内插操作400，并且限定其内部存在交点的细化区域的外部边界。例如，以这种方式，通过只有当内插/采样点对下一轮内插有用时才自适应存储内插/采样点，并且通过将内插操作自适应聚集到交点的区域以改进计算的数量，信号处理器100使用有效的计算数量和有效的存储空间量限定细化区域。继续图2的方法200，在240，信号处理器100在由点445限定的细化的区域内检索。信号处理器100通过在来自230的内插点之间检索产生交点的估计位置。考虑图5，其示出了在230确定的由从230产生的两个点限定的细化区域的图500。在图5中，x0是来自230的Xlow并且x17是Xhigh。也就是说，如在230所确定的，x0是沿着模拟信号160最靠近参考信号170的左侧上的点，并且x17是模拟信号160上最靠近参考信号170的右侧上的点。因此，图5示出具有在Xlow和Xhigh之间存在的十六次迭代的二分检索。图5中所示的二分检索估计交点(即，NASP)的位置。图5中所示的二分检索根据下式操作：(注意，“sign”在下列等式中被用于表示正负而不是正弦三角函数)Δsxi＝si-xi(4)等式(6)示出了由信号处理器100执行以进行二分检索的回路。下面示出回路的四个示例性迭代：如图5中所示，二分检索由信号处理器100执行十六次。通常，信号处理器100执行二分检索，例如直到到达预订的迭代数目或者直到检索的结果在交点的预定距离内。图5中交点的估计位置通过下式给出：T＝(t15+t16)/2(7)尽管图5示出了二分检索，但是当然信号处理器100可以实现其他检索以生成交点的估计位置。例如，信号处理器100能够实现对分检索或者其他检索算法，其被设计用于在两个信号的图的具体位置内检索从而得到交点。继续图2的方法200，在250，信号处理器100生成PWM信号110的脉冲序列中的作为交点的估计位置的函数的脉冲。在一个实施方式中，信号处理器100生成宽度基于交点的估计位置的脉冲。例如，信号处理器100生成从参考信号170的周期的开始点开始的脉冲。信号处理器100维持该脉冲，直到例如到达在参考信号170的周期中交点的估计位置。以这种方式，信号处理器100生成宽度是出现交点的估计位置的函数的脉冲。在一个实施方式中，信号处理器100根据三级脉宽调制或者其他的脉宽调制方案在PWM信号110中生成脉冲。因此，PWM信号110的脉冲能够具有正的或者负的振幅。图6示出模拟信号160和参考信号170的图600的一个示例。在图6中，PWM输出605(例如，PWM信号110)由信号处理器100按照三级PWM方案生成。例如，信号处理器100生成PWM输出605，从而当模拟信号160低于预定振幅(例如，<0)时具有负值(例如，脉冲620)，并且当模拟信号160振幅超过预定振幅(例如，>0)时具有正值(例如，脉冲625)。以这种方式，信号处理器100产生模拟信号160的精确的数字版本，而例如不产生互调谱的失真。例如，图7示出了振幅(Y轴)和频率(X轴)域中的PWM输出705(例如，PWM信号110)的图700。如图7所示，PWM输出705没有邻近的波段。这是因为PWM输出705由信号处理器100生成并且不存在失真，因此在图700中没有其它波段。图8示出来自图1的信号处理器100的额外实施方式，其被配置有单独的集成电路和/或芯片。在该实施方式中，来自图1的交叉点逻辑120具体作为单独的集成电路810。另外，内插逻辑130、搜索逻辑140以及信号发生器150具体作为单独的集成电路820-840。集成电路810-840经由连接路径连接以传递信号。尽管集成电路810、820、830和840被示为单独的集成电路，但是其可以被集成到共同的集成电路板中。另外，集成电路810、820、830和840可以被合并为比所示更少的集成电路或者被分成比所示更多的集成电路。另外，在另一个实施方式中，集成电路810、820和830中所示的交叉点逻辑120、内插逻辑130和检索逻辑140可以被合并为单独的专用集成电路(ASIC)。在其他实施方式中，与交叉点逻辑120、内插逻辑130和检索逻辑140相关联的功能性的部分可以具体作为由处理器可实行并且被保存在非瞬态存储器中的固件。下文包括这里运用的所选术语的定义。定义包括落入术语的范围内并且可以用于实施的部件的各种示例和/或形式。示例并非旨在限制。术语的单数和复数形式二者可以在定义内。提及“一个实施方式”、“实施方式”、“一个示例”、“示例”等指示这样描述的实施方式或者示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、单元或者限制，但是并非每个实施方式或者示例必然包括该特定特征、结构、特性、性质、单元或者限制。另外，反复使用短语“在一个实施方式中”虽然可以、但是未必指代相同实施方式。如这里所用的“逻辑”包括被配置用于执行功能或者动作和/或引起来自另一逻辑、方法和/或系统的功能或者动作的计算机、电子硬件部件、固件、存储有指令的非瞬态计算机可读介质和/或这些部件的组合。逻辑可以包括由算法控制用来执行所公开的功能/方法中的一个或多个的微处理器、分立逻辑(例如ASIC)、模拟电路、数字电路、编程的逻辑器件、包含指令的存储器器件等。逻辑可以包括一个或者多个门、门组合或者其它电路部件。当描述多个逻辑时，可以有可能向一个物理逻辑部件中并入多个逻辑。类似地，当描述单个逻辑部件时，可以在多个物理逻辑部件之间分布该单个逻辑部件。在一些实施方式中，可以使用逻辑部件中的一个或者多个逻辑部件来实施这里描述的部件和功能中的一个或者多个部件和功能。尽管出于简化说明的目的而示出和描述所示方法为一系列块。但是方法不受块的顺序限制，因为一些块可以按照与示出和描述的顺序不同的顺序和/或与其它块并行出现。另外，少于所有所示块可以用来实施示例性方法。可以组合块或者将块分离成多个部件。另外，附加和/或备选方法可以运用附加的未图示的块。在具体实施方式或者权利要求中运用术语“包括(include)”的程度上，它旨在以与术语“包括(comprise)”相似的方式有包含意义，因为该术语在运用时解释为权利要求中的过渡词。尽管已经通过描述示例来举例说明示例性系统、方法等并且尽管已经以相当多的细节描述示例，但是申请人的意图并非是约束或者以任何方式使所附权利要求的范围局限于这样的细节。当然不可能出于描述这里描述的系统、方法等的目的而描述每个可设想的部件或者方法组合。因此，公开内容不限于示出和描述的具体细节、有代表性的装置和示例性示例。因此，本申请旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的变更、修改和变化。