專利名稱：模擬運算的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此申請涉及模擬運算，例如，使用模擬電子元件來運算諸如傅立葉(Rmrier)變換的代數(shù)函數(shù)。
背景技術(shù)：
傅立葉變換及許多其他形式的數(shù)學(xué)運算在許多電氣工程及信號處理應(yīng)用中廣泛使用，例如，用以提供時域與頻域之間的信號變換且用以實現(xiàn)各種類型的時域或頻域濾波器。用以執(zhí)行這些運算的許多現(xiàn)有技術(shù)使用數(shù)字信號處理器(DSP)，在此情況下變數(shù)作為離散值信號來被呈現(xiàn)和處理。用以實現(xiàn)這些運算的某些其他技術(shù)使用模擬電路，諸如使用基于電阻器的電流求和電路以實現(xiàn)求和及乘積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的某些一般方面涉及一電路且涉及用于模擬運算的一方法，例如，使用開 ^EfeWzH (switched capacitor, SC)在某些范例中，一電路包括可在電路操作期間存儲電荷的一第一群組電容器及一第二群組電容器。該第一和/或第二群組電容器可包括多個分離(disjoint)的電容器子集合。設(shè)置有一輸入電路以接收輸入信號的集合及依據(jù)一相對應(yīng)的輸入信號在該第一群組電容器中的某些或所有電容器中的每一電容器上感生一電荷。開關(guān)，例如，借由時鐘信號序列來控制的晶體管，用以耦接不同電容器集合。開關(guān)的不同配置用以形成電荷可在其間重新分布的不同電容器集合。在某些實施例中，開關(guān)經(jīng)配置為在各種配置中是可操作的，包括而不限于以下三種配置中的每一配置。在一第一開關(guān)配置中，一電荷依據(jù)一相對應(yīng)的輸入信號在該第一群組電容器的每一電容器上被感生出。在一第二開關(guān)配置中，多個電容器集合形成。此第二配置中的每一電容器集合包括來自該第一群組電容器的至少一電容器及來自該第二群組電容器的一電容器。在一第三開關(guān)配置中，不同電容器集合形成。此第三配置中的每一電容器集合包括該第二群組電容器的一相對應(yīng)的分離子集合。設(shè)置有一輸出電路以確定輸出信號。在某些范例中，每一輸出信號可依據(jù)在該第三開關(guān)配置中形成的相對應(yīng)的一電容器集合中的一電容器上的一電荷來確定。在某些其他范例中，該電路包括具有多個分離的電容器子集合的一第一群組電容器。開關(guān)經(jīng)配置為在至少兩種配置中是可操作的，包括而不限于用以依據(jù)輸入信號中的一相對應(yīng)輸入信號在該第一群組電容器中的各電容器上感生電荷的一第一配置，及用以形成電荷可在其間重新分布的多個電容器集合的一第二配置。所形成的每一電容器集合包括該第一群組電容器的一相對應(yīng)的分離子集合及不是來自該第一群組電容器的一額外電容器。 所形成的每一電容器集合中的電容器的總電容可被選定與一個或一個以上恒定值相等。在另一些范例中，使用多于兩群組的電容器，且在開關(guān)的每一連續(xù)配置中，形成電容集合，其中每一集合包括來自兩群組電容器的電容器。在某些范例中，開關(guān)所形成的至少某些電容器集合中的每一集合均包括既不在該第一群組電容器又不在第二群組電容器中的一電容器。例如，所形成的某些電容器集合中的每一集合包括可切換地與來自該第一群組的至少一電容器及來自該第二群組的至少一電容器串聯(lián)耦接的一補償電容器。形成的某些電容器集合中的每一集合包括可切換地與來自該第一群組電容器的至少一電容器并聯(lián)耦接的一補償電容器。形成的某些電容器集合中的每一集合包括耦接于該第一及第二群組電容器之間的一增益緩沖器。本發(fā)明的另一方面涉及一電路，其具有一第一群組電容器、一第二群組電容器、經(jīng)配置以接收輸入信號的集合的一輸入電路及用以形成電荷可在其間重新分布的電容器集合的開關(guān)。所述開關(guān)在至少三種配置中是可配置的，該三種配置包括用以依據(jù)所述輸入信號中的一相對應(yīng)輸入信號在該第一群組電容器中的每一電容器上感生一電荷的一第一配置；用以形成第一多個集合的電容器的一第二配置，每一電容器集合包括來自該第一群組電容器的至少一電容器及來自該第二群組電容器的一電容器；及用以形成第二多個集合電容器的一第三配置，所述第二多個集合的電容器中的每一集合包括該第二群組電容器的一相對應(yīng)的分離子集合。一輸出電路經(jīng)配置以依據(jù)所述第二多個集合的電容器中相對應(yīng)的一集合中的一電容器上的一電荷來確定每一輸出信號。另一方面涉及一電路，其具有經(jīng)配置以接收輸入信號的集合的一輸入電路、一第一群組電容器，及用以形成電荷可在其間重新分布的電容器集合的開關(guān)。所述開關(guān)在至少兩種配置中是可配置的，該兩種配置包括用以依據(jù)所述輸入信號中的一相對應(yīng)的輸入信號為該第一群組電容器中的每一電容器來感生一電荷的一第一配置；及用以形成多個電容器集合的一第二配置，每一電容器集合包括相對應(yīng)的分離的多個該第一群組電容器及不是來自該第一群組電容器的至少一電容器。設(shè)置有一輸出電路以確定輸出信號，每一輸出信號依據(jù)所述多個電容器集合中相對應(yīng)的一集合中的一電容器上的一電荷來確定。另一方面涉及用于具有一群組存儲部分的一裝置中的模擬運算的一方法，各部分具有各自的一群組電容器。該方法包括在一初始存儲部分的各電容器上感生電荷，每一感生電荷借由一相對應(yīng)的輸入信號來確定。在一個或一個以上連續(xù)處理級的每一級中，形成用于電荷重新分布的一對存儲部分，這可借由可切換地耦接來自相對應(yīng)的該對存儲部分的電容器以形成電荷在其間重新分布的一個或一個以上電容器集合的一群組。輸出信號依據(jù)一最后存儲部分中的電容器上的電荷來確定。在某些范例中，該最后存儲部分不一定必須與該初始存儲部分不同。另一方面涉及一集成電路，其具有一存儲部分集合，包括兩個或多個存儲部分，每一存儲部分具有用以存儲電荷的一群組電容器。一可配置電路耦接至所述存儲部分以使得在不同存儲部分中的電容器之間能進行電荷重新分布。該可配置電路包括均耦接至至少兩電容器的一群組開關(guān)，每一電容器來自一不同存儲部分。設(shè)置有一控制邏輯元件以配置該可配置電路以在一個或一個以上連續(xù)處理級的每一級中形成各自的一對存儲部分，其包括在每一級中選擇性地啟動該可配置電路中的開關(guān)的子集合，以耦接來自所形成的一對存儲部分的電容器，來形成電荷在其間重新分布的一個或一個以上電容器集合的群組。另一些方面涉及用以實現(xiàn)架構(gòu)上類似于一現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的一可配置模擬運算模塊的方法及技術(shù)。此模擬運算模塊可包括均具有一群組電容器的兩個或兩個以上存儲部分，及允許來自不同存儲部分的電容器的子集合“有線連接”在一起的一可配置互連網(wǎng)路。外部數(shù)據(jù)可被提供以動態(tài)地或靜態(tài)地定義來自不同存儲部分的多個電容器之間的互連以形成電荷在其間分布的電容器集合。所述存儲部分及互連部分中的電容器的電容基于特定代數(shù)函數(shù)來選定，該電路被設(shè)計成實現(xiàn)該特定代數(shù)函數(shù)。本文所描述的該電路及方法在各種應(yīng)用中可能是有用的。例如，該電路可用以處理輸入信號(例如，電壓信號)的集合來產(chǎn)生表示輸入信號的代數(shù)函數(shù)的輸出信號。一特定應(yīng)用是關(guān)于在此文件的一稍后部分所詳細描述的在一模擬電路域中實現(xiàn)離散傅立葉變換(DFT)。實施例可包括下述一個或一個以上優(yōu)點。模擬運算在許多信號處理應(yīng)用中是有用的。與它們的數(shù)字等效物相比較，模擬信號處理器可直接處理連續(xù)值模擬信號形式的數(shù)據(jù)，而不一定需要使用既貴又慢的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)及數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。此外，模擬技術(shù)可在集成電路中使用來設(shè)計處理器，功率效率、面積效率及處理速度方面的性能均得以改善。借由在完全模擬域中處理信號，這種處理器可用以即時執(zhí)行快速及復(fù)雜的過濾。從下述說明及權(quán)利要求中可以看出本發(fā)明的其他特征及優(yōu)點。


圖1顯示可用以實現(xiàn)一 4點DFT的一運算結(jié)構(gòu)。圖2顯示圖1的一加權(quán)求和電路的一實施例。圖3是圖1中所顯示的該運算結(jié)構(gòu)的一詳細電路圖，并附有示范性時鐘相位。圖4A-圖4D說明處于各時鐘相位的圖3中電路的電荷分布。圖5顯示圖1中所顯示的該運算結(jié)構(gòu)的一替代電路圖。圖6A及圖6B說明圖5的一選定組件的等效電路推導(dǎo)。圖7顯示圖1的該加權(quán)求和電路的另一實施例。圖8顯示具有負系數(shù)的圖1的該加權(quán)求和電路的又一實施例。圖9顯示可用以實現(xiàn)一 64點FFT的一電路結(jié)構(gòu)。圖10顯示圖9的該電路結(jié)構(gòu)的區(qū)塊的一復(fù)數(shù)形式。圖11顯示一基2時間抽取8點FFT的三級運算結(jié)構(gòu)。圖12顯示圖11中所顯示的基2蝶形架構(gòu)的一實施例。圖13顯示使用多工技術(shù)的一基2時間抽取8點FFT的一替代運算結(jié)構(gòu)。圖14顯示用以執(zhí)行一代數(shù)運算的多級劃分的一般運算結(jié)構(gòu)。圖15A-圖15C顯示用以執(zhí)行一代數(shù)運算的多級劃分的各種運算結(jié)構(gòu)。圖16顯示一可數(shù)字控制電容器組的一范例。
具體實施例方式1 MM以下說明包括對各種電路(例如，開關(guān)電容器集成電路)的討論，這些電路實現(xiàn)變數(shù)在其中以連續(xù)值信號的形式被處理的離散時間模擬運算(discrete-time analog computations)。出于使說明簡明扼要的目的且在不作限制的情況下，在下文中以實現(xiàn)可適于執(zhí)行傅立葉變換(傅立葉變換是一種在各種信號處理的領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用的一特定類型運算)的運算的情況介紹了某些設(shè)計方法。應(yīng)清楚理解的是其他運算也可使用下文所描述的方法來實現(xiàn)。一般說來，離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform)應(yīng)用數(shù)學(xué)運算以將一域中(例如，離散時間域中)的一信號變換成另一域中(例如，頻域中)的一信號。當應(yīng)用于離散時間取樣數(shù)據(jù)時，DFT產(chǎn)生輸出的集合，各該輸出是該取樣數(shù)據(jù)的一加權(quán)總和，如下式表不yk=~^xn^k (1)
n~0其中ι是該離散取樣數(shù)據(jù)，yk是所產(chǎn)生的變換輸出，N是一整數(shù)，妒;f被定義為
權(quán)利要求
1.一種方法，用于具有一第一群組電容器及一第二群組電容器的一裝置中，包括在該第一群組電容器中的各電容器上感生電荷，每一感生電荷借由一相對應(yīng)的輸入信號來確定；在第一多個集合的電容器中的每一電容器集合的電容器之間將電荷重新分布，各該電容器集合包括來自該第一群組電容器的至少一電容器及來自該第二群組電容器的一電容器；在第二多個集合的電容器中的每一電容器集合的電容器之間將電荷重新分布，所述第二多個集合的電容器中的每一集合包括該第二群組電容器中的一相對應(yīng)的分離子集合；及確定輸出信號，其包括依據(jù)所述第二多個集合的電容器中相對應(yīng)的一集合中的一電容器上的一電荷來確定每一輸出信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多個集合的電容器中的至少某些集合中的每一集合還包括既不在該第一群組電容器又不在該第二群組電容器中的一電容器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第一多個集合的電容器的至少某些集合的每一集合中，該既不在該第一群組又不在該第二群組中的電容器包括可切換地與來自該第一群組的至少一電容器及與來自該第二群組的至少一電容器串聯(lián)耦接的一補償電容器。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第一多個集合的電容器的至少某些集合的每一集合中，該既不在該第一群組又不在該第二群組中的電容器包括可切換地與來自該第一群組電容器的至少一電容器并聯(lián)耦接的一補償電容器。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一多個集合的電容器的每一集合中的電容器的總電容相等。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二多個集合的電容器的每一集合中的電容器的總電容相等。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每一輸出信號表示所述輸入信號的一子集合的一代數(shù)函數(shù)，該代數(shù)函數(shù)具有至少部分借由所述第一及第二多個電容器的一配置所確定的系數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該代數(shù)函數(shù)包括所述輸入信號的一變換。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該變換表示一頻域變換。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該代數(shù)函數(shù)包括一加權(quán)求和。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述輸入信號包括一個或一個以上電壓編碼信號。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括控制所述第一多個集合的電容器及第二多個集合的電容器中的至少一可變電容器的一電容。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在一第三多個集合的電容器中的每一電容器集合的電容器之間將電荷重新分布，所述第三多個集合的電容器中的每一集合包括來自該第二群組電容器的一至少一電容器及來自一第三群組電容器的一電容器。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多個集合的電容器的至少某些集合中的每一集合還包括耦接于該第一群組電容器與第二群組電容器之間的一增益緩沖器。
15.一種電路，包括一第一群組電容器；一第二群組電容器；一輸入電路，經(jīng)配置以接收輸入信號的集合；開關(guān)，用以形成電荷可在其間重新分布的電容器集合，所述開關(guān)在以下的配置中是可配置的一第一配置，用以依據(jù)所述輸入信號中的一相對應(yīng)輸入信號在該第一群組電容器中的每一電容器上感生一電荷；一第二配置，用以形成第一多個集合的電容器，每一電容器集合包括來自該第一群組電容器的至少一電容器及來自該第二群組電容器的一電容器，及一第三配置，用以形成第二多個集合的電容器，在所述第二多個集合的電容器中的每一集合包括該第二群組電容器的一相對應(yīng)的分離子集合；一輸出電路，用以確定輸出信號，每一輸出信號依據(jù)所述第二多個集合的電容器中相對應(yīng)的一集合中的一電容器上的一電荷來確定。
16.如權(quán)利要求15所述的電路，除了該第一群組電容器及該第二群組電容器之外，還包括一第三群組電容器，其中所述開關(guān)所形成的至少某些電容器集合中的每一集合還包括來自該第三群組電容器的一電容器。
17.一種電路，包括一輸入電路，經(jīng)配置以接收輸入信號的集合；一第一群組電容器；開關(guān)，用以形成電荷可在其間重新分布的電容器集合，所述開關(guān)在以下的配置中是可配置的一第一配置，用以依據(jù)所述輸入信號中的一相對應(yīng)輸入信號為該第一群組電容器中的每一電容器感生一電荷；及一第二配置，用以形成多個電容器集合，每一電容器集合包括相對應(yīng)的分離的多個該第一群組電容器及不是來自該第一群組電容器的至少一電容器；以及一輸出電路，用以確定輸出信號，每一輸出信號依據(jù)所述多個電容器集合中相對應(yīng)的一集合中的一電容器上的一電荷來確定。
18.如權(quán)利要求17所述的電路，其中所述多個電容器集合的每一集合中的電容器的總電容相等。
19.如權(quán)利要求17所述的電路，其中所述第一電容器集合及第二電容器集合經(jīng)配置成具有用以執(zhí)行一實數(shù)快速傅立葉變換(FFT)運算所期望的電容。
20.一種方法，用于具有多個存儲部分的一裝置中，每個部分都各自具有多個電容器， 該方法包括在一初始存儲部分中的各電容器上感生電荷，每一感生電荷借由一相對應(yīng)的輸入信號來確定；在一個或一個以上連續(xù)處理級的每級中，形成用于電荷重新分布的一對存儲部分，其包括在每一級中，可切換地耦接來自相對應(yīng)的該對存儲部分的電容器以形成電荷在其間重新分布的一個或一個以上電容器集合的一群組；及依據(jù)一最后存儲部分中的電容器上的電荷來確定輸出信號。
21.一種集成電路，包括一存儲部分集合，包括兩個或多個存儲部分，每一存儲部分具有用以存儲電荷的多個電容器；一可配置電路，耦接至所述存儲部分以使得在不同存儲部分中的電容器之間能進行電荷重新分布，該可配置電路包括多個開關(guān)，每一開關(guān)耦接至至少兩個電容器，每一電容器來自一不同存儲部分；及一控制邏輯元件，用以配置該可配置電路以在一個或一個以上連續(xù)處理級的每級中形成各自的一對存儲部分，其中在每一級中，該控制邏輯元件經(jīng)配置以選擇性地啟動該可配置電路中的開關(guān)的子集合，以耦接來自所形成的一對存儲部分的電容器，來形成電荷在其間重新分布的一個或一個以上電容器集合的一群組。
全文摘要
本發(fā)明的某些一般方面涉及一電路且涉及用于模擬運算的一方法，例如，使用開關(guān)電容器集成電路。在某些范例中，一電路包括可在電路操作期間存儲電荷的一第一群組電容器及一第二群組電容器。該第一和/或第二群組電容器可包括多個分離的電容器子集合。設(shè)置有一輸入電路以接收輸入信號的集合且用以依據(jù)一相對應(yīng)的輸入信號在該第一群組電容器中的某些或所有電容器中的每一電容器上感生一電荷。開關(guān)，例如，借由時鐘信號序列來控制的晶體管，用以耦接不同電容器集合。開關(guān)的不同配置用以形成電荷可在其間重新分布的不同電容器集合。
文檔編號G06G7/19GK102483795SQ201080017306
公開日2012年5月30日 申請日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者埃里克·內(nèi)斯特勒, 弗拉迪米爾·茲拉特科維奇 申請人:模擬設(shè)備股份有限公司