具有适应机制的信号增益调整电路及方法与流程

1.本发明涉及信号增益调整技术，尤其涉及一种具有适应机制的信号增益调整电路及方法。


背景技术：

2.模数转换电路是将信号从模拟形式转换为数字形式的重要元件。在一定的信号范围内，模数转换电路可对连续的信号进行采样，并产生数字码。
3.然而，当环境温度产生改变，或噪声产生时，将造成输入的模拟信号电平发生改变。以环境温度为例，当温度上升时，模拟信号的输入走线将等效变长而使信号衰减。相反的，当温度下降时，模拟信号的输入走线将等效变短而使信号放大。如果没有相应的补偿技术，可能会造成信号超过模数转换电路可以接收的范围，导致系统效能下降。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术的问题，本发明的一个目的在于提供一种具有适应机制的信号增益调整电路及方法，以改善现有技术。
5.本发明包括一种具有适应机制的信号增益调整电路，包括：放大器、增益控制电容阵列、控制电路、粗调电容阵列以及微调电容阵列。放大器包括输入界面以及输出界面，以根据输入界面接收的模拟信号于输出界面产生调整模拟信号至模数转换电路。增益控制电容阵列电性耦接于输入界面以及输出界面之间，配置以与放大器共同决定调整模拟信号相对于模拟信号的增益。控制电路配置以在运作模式下，接收模数转换电路的输出数字信号的实际电平，以判断实际电平与预估电平的偏移量，进而根据偏移量产生调整控制信号。粗调电容阵列包括与增益控制电容阵列并联的多个粗调电容，并相对于增益的增益最大值具有彼此相同的第一调整量。微调电容阵列包括与增益控制电容阵列并联的多个微调电容，并相对于增益的增益最大值具有彼此相同且小于第一调整量的第二调整量。其中粗调电容阵列以及微调电容阵列根据调整控制信号决定调整电容致能组合，进而对增益进行调整以降低偏移量。
6.本发明还包括一种具有适应机制的信号增益调整方法，应用于信号增益调整电路中，包括：使放大器根据输入界面接收的模拟信号于输出界面产生调整模拟信号至模数转换电路；使电性耦接于输入界面以及输出界面间的增益控制电容阵列与放大器共同决定调整模拟信号相对于模拟信号的增益；使控制电路在运作模式下，接收模数转换电路的输出数字信号的实际电平，以判断实际电平与预估电平的偏移量，进而根据偏移量产生调整控制信号；使粗调电容阵列以及微调电容阵列根据调整控制信号决定调整电容致能组合，进而对增益进行调整以降低偏移量，其中粗调电容阵列包括与增益控制电容阵列并联的多个粗调电容并相对于增益的增益最大值具有彼此相同的第一调整量，微调电容阵列包括与增益控制电容阵列并联的多个微调电容，并相对于增益的增益最大值具有彼此相同且小于第一调整量的第二调整量。
7.有关本发明的特征、实施与功效，现结合附图对优选实施例详细说明如下。
附图说明
8.图1为根据本发明一实施例示出的一种具有适应机制的信号增益调整电路的模块图；
9.图2为根据本发明一实施例示出的增益控制电容阵列更详细的电路图；
10.图3为根据本发明一实施例示出的增益控制电容在运作控制信号的控制下产生不同增益的调整量，进而使模数转换电路产生不同电平的输出数字信号的示意图；
11.图4为根据本发明一实施例示出的调整粗调电容阵列以及微调电容阵列更详细的电路图；以及
12.图5为根据本发明一实施例示出的一种具有适应机制的信号增益调整方法的流程图。
具体实施方式
13.本发明的一个目的在于提供一种具有适应机制的信号增益调整电路及方法，以通过粗调电容阵列以及微调电容阵列的设置，在对模拟信号进行增益调整时，补偿例如温度或是噪声所造成的偏移量，避免模数转换电路产生错误的转换结果。
14.请参照图1。图1为根据本发明一实施例示出的一种具有适应机制的信号增益调整电路100以及模数转换电路110的模块图。
15.信号增益调整电路100配置以接收模拟信号an，以对模拟信号an进行增益调整后产生调整模拟信号ana至模数转换电路110。模数转换电路110进一步对调整模拟信号ana进行模数转换，以产生输出数字信号do。
16.在本实施例中，信号增益调整电路100具有适应机制，以接收模数转换电路110反馈的输出数字信号do并在输出数字信号do的实际电平由于温度、噪声或是其他因素，而相对于预估电平产生偏移时进行调整，使模数转换电路110可以接收到在正常电平范围的调整模拟信号ana，而不会因为偏移而产生错误的输出数字信号do。
17.信号增益调整电路100包括：放大器120、增益控制电容阵列130、控制电路140、粗调电容阵列150以及微调电容阵列160。
18.放大器120包括输入界面以及输出界面，以根据输入界面接收的模拟信号an于输出界面产生调整模拟信号ana。
19.在本实施例中，放大器120为运算放大器，其输入界面包括非反相输入端(在图中以“+”记号标示)以及反相输入端(在图中以
“‑”
记号标示)，且其输出界面包括输出端(在图中以“o”记号标示)。在一实施例中，放大器120通过非反相输入端接收模拟信号an，并于输出端产生调整模拟信号ana。
20.增益控制电容阵列130电性耦接于输入界面以及输出界面之间，配置以与放大器120共同决定调整模拟信号ana相对于模拟信号an的增益。在本实施例中，增益控制电容阵列130电性耦接于反相输入端以及输出端之间。然而，本发明并不以此为限。
21.请参照图2。图2为根据本发明一实施例示出的增益控制电容阵列130更详细的电路图。
22.在一实施例中，增益控制电容阵列130包括相并联的基本增益电容cg0以及多个增益控制电容cg1～cg4。其中，基本增益电容cg0持续致能，而增益控制电容cg2～cg42则通过例如、但不限于切换电路200而致能或抑能。
23.增益控制电容cg1～cg4的电容值可配置以相对于增益的增益最大值具有多个加权二进制调整量。更详细地说，增益控制电容cg2～cg4相对于增益最大值的调整量，分别为增益控制电容cg1相对于增益最大值的调整量的2倍、4倍及8倍。
24.在一实施例中，如果以100％表示增益控制电容阵列130所能达到的增益最大值，则基本增益电容cg0相对增益最大值的调整量可被配置为25％，增益控制电容cg1～cg4相对增益最大值的调整量可被配置为5％、10％、20％及40％。
25.控制电路140配置以产生运作控制信号oc，以使增益控制电容阵列130根据运作控制信号oc决定增益电容致能组合。
26.请参照图3。图3为根据本发明一实施例示出的增益控制电容cg1～cg4在运作控制信号oc的控制下产生不同增益的调整量，进而使模数转换电路110产生不同电平的输出数字信号do的示意图。
27.由于增益控制电容cg1～cg4的数目为4，因此运作控制信号oc能够以四比特的形式进行控制。因此，如图3所示，横轴为以四比特表示的运作控制信号oc，纵轴为对应的增益大小。
28.在基本增益电容cg0持续致能的情形下，增益控制电容cg1～cg4可根据(0000)、(0001)、(0010)、
…
(1111)的运作控制信号oc产生不同的致能组合，并达到相对增益最大值的25％～100％，共16(24)个不同电平的增益设定结果。
29.需注意的是，上述增益控制电容阵列130的架构仅为一范例。在其他实施例中，增益控制电容阵列130也可以其他架构实现。
30.实际操作时，控制电路140配置以在系统初始模式下，先依据信号增益调整电路100与模数转换电路110间的传输线长来产生运作控制信号oc，以使增益控制电容阵列130根据运作控制信号oc决定增益电容致能组合。
31.进一步地，增益控制电容阵列130将在运作模式下，根据增益电容致能组合运作，且不再更改变动。此增益电容致能组合将可与放大器120决定调整模拟信号ana相对模拟信号an的增益。
32.然而，增益控制电容阵列130的电容值会由于温度或是噪声造成的影响而改变，进而影响这些电容相对增益最大值的调整量。因此，控制电路140可通过反馈的输出数字信号do，决定粗调电容阵列150以及微调电容阵列160的调整电容致能组合，达到补偿的功效。
33.请参照图4。图4为根据本发明一实施例示出的调整粗调电容阵列150以及微调电容阵列160更详细的电路图。
34.粗调电容阵列150包括与增益控制电容阵列130并联的多个粗调电容cc1～cc4，并且相对于增益最大值具有彼此相同的第一调整量。在一实施例中，各粗调电容cc1～cc4相对增益最大值的第一调整量可与增益控制电容cg1相对增益最大值的调整量相当，为增益最大值的5％。
35.其中，粗调电容cc1～cc2配置以在系统初始模式中致能，从而在运作模式中依据调整电容致能组合抑能时，调降增益。另一方面，粗调电容cc3～cc4配置以在系统初始模式
中预设为抑能，从而在运作模式中依据调整电容致能组合致能时，调升增益。因此，在运作模式下，粗调电容cc1～cc4可配置以使增益调升或调降。
36.微调电容阵列160包括与增益控制电容阵列并联的多个微调电容cd1～cd12，并且相对于增益最大值具有彼此相同且小于第一调整量的第二调整量。在一实施例中，微调电容阵列160包括第一微调电容cd1～cd10以及第二微调电容cd11～cd12。
37.第一微调电容cd1～cd10在全部致能时的第一总调整量相当于各粗调电容cc1～cc4相对于增益最大值的第一调整量。以本实施例而言，各第一微调电容cd1～cd10相对于增益最大值的第二调整量将因此为第一调整量的1/10，即增益最大值的0.5％。
38.第二微调电容cd11～cd12在全部致能时的第二总调整量相当于对应各粗调电容cc1～cc4的该第一调整量的制程偏移调整量。在一实施例中，如果制程偏移对的影响为20％，则所需的制程偏移调整量将为增益最大值的1％(增益最大值的5％的20％)。因此，需要设置两个具有第二调整量(增益最大值的0.5％)的第二微调电容cd11～cd12。
39.上述的粗调电容cc1～cc4以及微调电容cd1～cd12可分别通过例如、但不限于切换电路300以及切换电路310而致能或抑能。通过不同的致能组合，粗调电容cc1～cc4以及微调电容cd1～cd12可对增益达到不同电平的增益调整结果。
40.需注意的是，由于需要达到线性的累加调整结果，粗调电容cc1～cc4以及微调电容cd1～cd12需依序致能以累加调整量，而无法像增益控制电容阵列130中的电容那样可依据需求任意选择一致能。
41.需注意的是，上述粗调电容阵列150以及微调电容阵列160的架构仅为一范例。在其他实施例中，调整粗调电容阵列150以及微调电容阵列160也可以其他架构实现。
42.实际操作时，控制电路140配置以在校正模式下，判断粗调电容cc1～cc4以及微调电容cd1～cd12对应一个预设调整范围内的多个调整量的多个致能组合。举例而言，在校正模式下，控制电路140可针对-10％～+10％的调整范围，通过切换电路300以及切换电路310控制粗调电容阵列150以及微调电容阵列160，找出在此范围内的调整量对应的所有致能组合。
43.在一个范例中，对应于使增益不调整或调升的调整范围(0～10％)，控制电路140可找出例如、但不限于粗调电容cc1～cc4以及微调电容cd1～cd12全部抑能、微调电容cd1至微调电容cd9逐一累加致能、仅致能粗调电容cc3、致能粗调电容cc3并使微调电容cd1至微调电容cd10逐一累加致能、仅致能粗调电容cc3及cc4、致能粗调电容cc3及cc4并使微调电容cd1至微调电容cd11逐一累加致能的致能组合。
44.而对应于使增益调降的调整范围(-10％～0％)，控制电路140可找出例如、但不限于仅致能粗调电容cc2、致能粗调电容cc2并使微调电容cd1至微调电容cd8逐一累加致能以及仅致能粗调电容cc2及cc1的致能组合。
45.在这样的范例中，对应于-10％～+10％的调整范围，控制电路140可找出41个不同调整量的致能组合。
46.需注意的是，上述的调整范围仅为一范例，在其他实施例中控制电路140可依需求设定不同的调整范围。并且，上述控制电路140判断的致能组合仅为一范例。在其他实施例中，致能组合的数目与排列方式，可依调整范围的大小以及粗调电容与微调电容的制程偏差造成的实际调整量，而有所不同。
47.控制电路140配置以在运作模式下接收模数转换电路110的输出数字信号do的实际电平，以判断实际电平与预估电平的偏移量，进而根据偏移量产生调整控制信号ac。在一实施例中，控制电路140可由经验值根据模拟信号an的大小而得知预估电平，并根据实际电平与预估电平之间的最大值差异或平均功率差异决定偏移量。
48.在一实施例中，控制电路140可将调整量与致能组合的对应关系以查找表形式储存在信号增益调整电路100所包括的存储器(图中未示出)中，并在获得前述偏移量的信息后，计算补偿该偏移量所需要的调整量，以根据该调整量从查找表中撷取对应的致能组合以产生调整控制信号ac。因此，调整粗调电容阵列150以及微调电容阵列160将根据调整控制信号ac决定调整电容致能组合，进而对增益进行调整以降低偏移量。
49.因此，本发明的信号增益调整电路可通过粗调电容阵列以及微调电容阵列的设置，在对模拟信号进行增益调整时，补偿例如温度或是噪声所造成的偏移量，避免模数转换电路产生错误的转换结果。
50.请同时参照图5。图5为根据本发明一实施例示出的一种具有适应机制的信号增益调整方法500的流程图。
51.除前述装置外，本发明还披露一种信号增益调整方法400，应用于例如、但不限于图1的信号增益调整电路100中。信号增益调整方法500的一实施例如图5所示，其包括下列步骤：
52.步骤s510：使放大器120根据输入界面接收的模拟信号an于输出界面产生调整模拟信号ana至模数转换电路110。
53.步骤s520：使电性耦接于输入界面以及输出界面之间的增益控制电容阵列130与放大器120共同决定调整模拟信号ana相对于模拟信号an的增益。
54.步骤s530：使控制电路140在运作模式下，接收模数转换电路110的输出数字信号do的实际电平，以判断实际电平与预估电平的偏移量，进而根据偏移量产生调整控制信号ac。
55.步骤s540：使粗调电容阵列150以及微调电容阵列160根据调整控制信号ac决定调整电容致能组合，进而对增益进行调整以降低偏移量。
56.需注意的是，上述的实施方式仅为一范例。在其他实施例中，本领域中具有普通知识的技术人员可以在不违背本发明的精神下进行更改与变动。
57.综合上述，本发明中具有适应机制的信号增益调整电路及方法可通过粗调电容阵列以及微调电容阵列的设置，在对模拟信号进行增益调整时，补偿例如温度或是噪声所造成的偏移量，避免模数转换电路产生错误的转换结果。
58.虽然本发明的实施例如上所述，然而这些实施例并非用来限定本发明，本技术领域中具有普通知识的技术人员可以根据本发明中明示或隐含的内容对本发明的技术特征施加变化，这些变化仍然属于本发明所要求的专利保护范围，换句话说，本发明的专利保护范围应当根据本发明权利要求书所界定的为准。
59.附图标记说明：
60.100：信号增益调整电路
61.110：模数转换电路
62.120：放大器
63.130：增益控制电容阵列
64.140：控制电路
65.150：粗调电容阵列
66.160：微调电容阵列
67.200：切换电路
68.300、310：切换电路
69.500：信号增益调整方法
70.s510～s540：步骤
71.ac：调整控制信号
72.an：模拟信号
73.ana：调整模拟信号
74.do：输出数字信号
75.cc1～cc4：粗调电容
76.cd1～cd12：微调电容
77.cg0：基本增益电容
78.cg1～cg4：增益控制电容
79.oc：运作控制信号。