專利名稱：非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換線性化的方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理，具體涉及將模擬信號轉(zhuǎn)換成代表這些模擬信號的數(shù)字信號的方法和電路。
數(shù)字信號處理(DSP)系統(tǒng)通常有一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器作為來自模擬域的一個輸入環(huán)節(jié)。模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器總是表現(xiàn)為根據(jù)輸入電平提供數(shù)字信號。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對于一個給定的峰峰值輸入Vpp將在其輸出端產(chǎn)生一給定數(shù)目的代碼。因此，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入到輸出的線性度是非常重要的。
目前市售的高價的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器都具有一個或多個線性度控制。這些控制使使用者對于一個給定的輸入電平(例如50%或25%和75%)來調(diào)節(jié)輸出值，以獲得一個線性的輸出值。然而，往往在各中間的輸入電平中經(jīng)常會有某種非線性度。
諸如視頻信號產(chǎn)品之類采用成批生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的商品級消費用品，必須使模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的非線性度保持在處于控制狀態(tài)。例如，在消除重影電路中，各重影參數(shù)可以根據(jù)某一給定區(qū)域內(nèi)的過渡過程計算出來;例如，垂直同步信號(-40至0 IRE)或0至70 IRE廣播電視信號。然后根據(jù)這些參數(shù)使整個-40至120 IRE視頻信號“去重影”。因此，為獲取可靠的消除重影性能，該信號所“呈現(xiàn)的”線性度至關(guān)重要。
其它人在過去為獲取模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的特定的輸出特性所做的努力大都采取兩個不同的措施。一個措施是使用含有可調(diào)節(jié)增益和相位的電路在內(nèi)的、價高質(zhì)優(yōu)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。使用前須“調(diào)諧各個可調(diào)節(jié)級以給出最佳的輸出特性。這第一措施有兩個問題是轉(zhuǎn)換器價高和調(diào)節(jié)花時間。為此這種轉(zhuǎn)換器的使用只限于那些定做的華貴的場合。
第二措施，諸如木村的美國專利4，764，751中所述的是將來自非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出信號“Z”施加給貯有直線轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的查詢表存儲器，力圖獲取經(jīng)補(bǔ)償?shù)臄?shù)字值“Z′”存儲在查詢表中，借此提供一種呈現(xiàn)特定的非線性(例如，對數(shù)的)特性的轉(zhuǎn)換。非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端耦合了幾級電路，以調(diào)節(jié)正施加在轉(zhuǎn)換電路上的模擬信號的偏差和增益。然而，這種途徑需要測定非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)在原點和在最大輸出值(例如2N-1)的轉(zhuǎn)換特性數(shù)據(jù)曲線，作為標(biāo)準(zhǔn)化和曲線擬合步驟的一部分，以及計算在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換特性數(shù)據(jù)方面對應(yīng)于輸入信號電平的已補(bǔ)償?shù)臄?shù)字值。因此，由于這種措施必須要求依靠偏差和增益的調(diào)節(jié)級電路、使用專用的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、以及測定轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性數(shù)據(jù)，因而它不適用于成批生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。此外，這種措施既不承認(rèn)也未涉及用線性數(shù)/模轉(zhuǎn)換器改進(jìn)介于轉(zhuǎn)換范圍的兩個極限值之間的中間值的轉(zhuǎn)換線性度的問題。
據(jù)此，當(dāng)前公開的本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的用以進(jìn)行數(shù)/模換的方法和電路。
另一個目的是提供一種在模擬信號/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換中呈現(xiàn)提高線性度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法和電路。
再一個目的是提供一種適宜以較經(jīng)濟(jì)的方式校正成批生產(chǎn)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的線性度偏差的方法和電路。
又一個目的是提供一種具有如下特征的方法和電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換的輸入-輸出線性度有所提高，而且與偏差、增差和相位的調(diào)節(jié)無關(guān)。
上述這些目的和其它目的是借助于使用插接在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)字信號處理系統(tǒng)之間用以存儲線性化數(shù)據(jù)值的存儲器的方法和電路來實現(xiàn)的。諸如十階IRE臺階波之類的已知模擬測試信號遞增地施加到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸入端，而一個編程級將代表該已知的模擬信號幅值的數(shù)字值施加到各階的存儲器上，以確保模/擬轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的臨時數(shù)字信號與存儲在該存儲器內(nèi)的線性數(shù)字值的相應(yīng)地址之間的一致性。線性數(shù)字值的相應(yīng)地址一經(jīng)存入存儲器中，就排除編程級，于是串聯(lián)耦合的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和存儲器將在施加到該轉(zhuǎn)換器上的模擬信號與該存儲器發(fā)出的數(shù)字值之間可靠地提供較高程度的線性度。
結(jié)合附圖參看下面的詳細(xì)說明，即可更全面地理解本發(fā)明及其許多優(yōu)點。附圖中，同樣的編號表示同樣或類似的元件，其中

圖1示出傳統(tǒng)上使用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理性方框圖;
圖2示出根據(jù)當(dāng)前公開的本發(fā)明的原理而構(gòu)成的一種模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理性方框圖;
圖3示出十階IRE臺階形波信號的曲線圖;
圖4用兩座標(biāo)系統(tǒng)示出一種有代表性的市售的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中發(fā)生的線性度偏差的曲線圖;
圖5用兩座標(biāo)系統(tǒng)示出根據(jù)當(dāng)前公開的本發(fā)明的原理而實施的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器方法的一個實施例的曲線圖;
圖6用兩座標(biāo)系統(tǒng)示出根據(jù)當(dāng)前公開的本發(fā)明的原理而構(gòu)成的一個實施例得出的實際的響應(yīng)和理論上的響應(yīng)的曲線圖;
圖7A、圖7B和圖7C是圖6所示兩座標(biāo)系統(tǒng)的曲線大的各相鄰部分?jǐn)?shù)值細(xì)節(jié)的放大圖。
現(xiàn)在參看圖1，圖中示出了一個有代表性的傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的原理性方塊圖。這樣的系統(tǒng)通常有一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，作為從模擬域的輸入環(huán)節(jié)。在圖1的系統(tǒng)中，模抉信號施加在輸入電路10的輸入端上，輸入電路10內(nèi)含一個增益調(diào)節(jié)級、一個直流偏差調(diào)節(jié)級和一個箝位級。輸入電路10所傳輸?shù)哪M信號Vi施加在由取樣時鐘Vc控制的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器12的輸入端上，以便將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd提供在通往數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)(DSP)20的“N”比特數(shù)據(jù)總線14上。再參看圖4，對照一下由轉(zhuǎn)換器12產(chǎn)生的未經(jīng)校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd和標(biāo)以“理想的線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出”的直線，可以看出，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd在轉(zhuǎn)換器12的整個轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)幾乎連續(xù)地偏離“施加到轉(zhuǎn)換器12輸入端的模/數(shù)輸入模擬信號Vi與轉(zhuǎn)換器12所產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd”兩者之間希望的、理想的線性的關(guān)系。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)成的一個極其簡單的、用以將模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸出線性化的電路。如圖1中所示的那樣，由輸入電路10所傳輸?shù)哪＞裥盘朧i施加在由取樣時鐘信號Vc控制的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器12的輸入端上，以在“N”比特數(shù)據(jù)總線14上提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd。
模/數(shù)線性化存儲器16〔例如，可存儲一個查詢表數(shù)字值的可編程只讀存儲器(即PROM)〕與總線14相耦合，以接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd，并響應(yīng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd，將來自查詢表的理想的線性數(shù)字值經(jīng)“N”比特數(shù)據(jù)總線18提供給數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)DSP 20。
微處理器(μP)22可通過總線14臨時耦合在轉(zhuǎn)換器12的輸出端與存儲器16的輸入端之間，作為總線14與內(nèi)存儲理想的線性數(shù)字值Vt的一個表的編程存儲器24之間的一個開關(guān)。
諸如圖3所示的十階IRE臺階波信號之類的已知測試信號作為所述的模擬輸入信號施加在輸入電路10上。在這種情況下，存儲在編程存儲器24中的理想的線性數(shù)字值Vt在這已知測試信號的整個范圍內(nèi)提供了與已知的測試信號的各階的特性例如振幅的精確而可靠的關(guān)系。圖3曲線的橫坐標(biāo)所示的IRE區(qū)就是從測試信號獲取的各電平之間的輸出范圍。圖5中的A和B為表示Vk至Vk+1間隔或輸入電平的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出值。AT和BT為該區(qū)的相應(yīng)的正確的(理想的線性)值。于是，非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字值Y的校正值YT可按下式計算
YT＝AT+[(BT-AT)]＊[(y-A)÷(B-A)](1)＝[AT-[(BT-AT)÷(B-A)]＊A]+[(BT-AT)÷(B-A)]＊y(2)＝CK+DK＊y(3)式中CK和DK為根據(jù)某給定模/數(shù)轉(zhuǎn)換器在相應(yīng)的理論模/數(shù)輸出值為AT和BT情況下的測定值A(chǔ)和B計算出來的第k區(qū)的參數(shù)。
信號輸入為0至+1Vpp時在輸入信號電路10內(nèi)調(diào)節(jié)基本增益和直流偏移之后，將諸如十階IRE臺階波信號之類的已知測試信號所得出的模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸出(例如九比特模/數(shù)轉(zhuǎn)換器12)選通到微處理器22上。因此，模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字值范圍為2N(其中N＝9)，從-256至+255，偏差為2的補(bǔ)碼。微處理器22根據(jù)存儲在編程存儲器24中的查詢表為已知IRE電平查出理想的數(shù)字值。IRE臺階波測試信號幅值各電平的正確數(shù)字值對于所指定的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是已知的，這些數(shù)字值存儲在編程存儲器24內(nèi)的查詢表中。微處理器22響應(yīng)施加在輸入電路10上的IRE臺階波測試信號的各電平，從編程存儲器24中讀出相信的理想數(shù)字值Vt，并將其存入線性化存儲器16的查詢表中。由于每個理想的數(shù)字值存儲在線性化存儲器16內(nèi)，因此這個相應(yīng)的數(shù)字值是對應(yīng)于轉(zhuǎn)換器12所產(chǎn)生的未校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd。微處理器22要編程序以得使其分析確定輸入信號的各階之間的值，如圖5中所示，確定VK至VK+1階之間的值。轉(zhuǎn)換器12響應(yīng)已知測試信號各電平的輸入，將整個范圍內(nèi)的全部理想的數(shù)字值存入線性化存儲器16的查詢表中對應(yīng)于轉(zhuǎn)換器12所產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd值的地址之后，切除掉微處理器22和編程存儲器24，于是，包括輸入電路10、轉(zhuǎn)換器12和線性化存儲器16在內(nèi)的線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠精確產(chǎn)生數(shù)字值V0，該數(shù)字值V0呈現(xiàn)出其在轉(zhuǎn)換器12的整個范圍內(nèi)與輸入模擬信號Vi的特性(例如幅度)的理想線性關(guān)系。這樣，只要簡單地通過只讀存儲器(即ROM)16產(chǎn)生適當(dāng)?shù)挠诚缶涂煽煽慷?jīng)濟(jì)地消除或大幅度地降低成批生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器12固有的輸入-輸出非線性度。
圖6、圖7A、圖7B和圖7C所示的各曲線是TDC 1020 EIC型TRW九比特模/數(shù)轉(zhuǎn)換器鑒定板(evaluation board)的曲線。圖6示出了根據(jù)目前公開的上述原理構(gòu)成的實施例得出的、兩坐標(biāo)系統(tǒng)的實際和理論的響應(yīng)曲線。圖7A、圖7B和圖7C示出了圖6曲線中所示曲線各鄰接段數(shù)值細(xì)節(jié)的兩坐標(biāo)系統(tǒng)放大圖。圖6、圖7A、圖7B和圖7C所示曲線表明模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸出V0(虛線)和應(yīng)用上述原理而校正的數(shù)值(實線)。放大圖清楚地說明了整個數(shù)字化范圍的非線性度實際上是可以被消除的。
權(quán)利要求
1.一種模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括轉(zhuǎn)換裝置，用以將一個模擬信號的多個相應(yīng)連續(xù)間隔的幅度轉(zhuǎn)換成為代表上述模擬信號的上述連續(xù)間隔的第一數(shù)字值；和存儲裝置，用以存儲多個第二數(shù)字值于多個不同地址中相應(yīng)的一些不同的地址上，上述多個不同地址對應(yīng)于上述多個第一數(shù)字值中的一些特定值，上述多個第二數(shù)字值具有一個的范圍，且在所述范圍內(nèi)與上述模擬信號的上述幅度呈線性關(guān)系；并用以響應(yīng)對上述第一數(shù)字值的接收，為存儲在上述多個不同地址中相應(yīng)的一些地址中的上述線性值尋址。
2.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)利要求所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包括第二數(shù)字值提供裝置，用以提供所述多個數(shù)字值;和響應(yīng)裝置，可連接在上述轉(zhuǎn)換裝置與所述存儲裝置之間，用以響應(yīng)作為上述模擬信號而施加在上述轉(zhuǎn)換裝置上的呈現(xiàn)上述幅度已知值的測試信號，將所述多個第二數(shù)字值讀入所述存儲裝置中對應(yīng)于所述第一數(shù)字值的地址上。
3.一種模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括轉(zhuǎn)換裝置，用以將一個模擬信號的多個連續(xù)間隔的特性轉(zhuǎn)換成為代表上述模擬信號的上述連續(xù)間隔的第一數(shù)字值;和存儲裝置，與上述轉(zhuǎn)換裝置相耦合來接收上述第一數(shù)字值，用以將多個第二數(shù)字值存儲在多個不同地址中相應(yīng)的一些不同地址上，上述多個第二數(shù)字值有一個范圍，且在所述范圍內(nèi)與上述模擬信號的所述特性成線性關(guān)系;并用以響應(yīng)上述第一數(shù)字值的接收，提供存儲在上述多個不同地址相應(yīng)的一些地址上的線性值。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包括第二數(shù)字值提供裝置，用以提供上述多個第二數(shù)字值;和響應(yīng)裝置，可連接在上述轉(zhuǎn)換裝置與上述存儲裝置之間，用以響應(yīng)作為上述模擬信號而施加在上述轉(zhuǎn)換裝置上的呈現(xiàn)上述特性已知值的測試信號，將上述多個第二數(shù)字值讀入上述存儲裝置中對應(yīng)于所述第一數(shù)字值的地址上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換裝置對作為上述模擬信號的特性的上述幅度起作用，將上述幅度轉(zhuǎn)換成為上述第一數(shù)字值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換裝置對作為所述模擬信號的特性的上述幅度起作用，將上述幅度轉(zhuǎn)換成為上述第一數(shù)字值。
7.一種用以將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號的方法，其特征在于包括下列步驟將模擬信號的多個連續(xù)間隔的特性轉(zhuǎn)換成為代表上述模擬信號的上述連續(xù)間隔的第一數(shù)字值;將多個第二數(shù)字值存儲在多個不同地址中相應(yīng)的一些不同地址上，上述多個第二數(shù)字值有一個范圍，且在所述范圍內(nèi)與上述模擬信號的特性呈線性關(guān)系;響應(yīng)上述第一數(shù)字值的接收，提供存儲在上述多個不同地址中相應(yīng)的一些地址上的上述線性值作為輸出數(shù)字值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括下列步驟提供上述多個第二數(shù)字值;及響應(yīng)作為所述模擬信號而施加在上述轉(zhuǎn)換裝置上的呈現(xiàn)上述特性的已知值的測示信號，上述多個第二數(shù)字值讀入上述存儲裝置中對應(yīng)于上述第一數(shù)字值的地址上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括如下步驟對作為上述特性的上述模擬信號的幅度起作用，將上述幅度轉(zhuǎn)換成為上述第一數(shù)字值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于還包括如下步驟上述轉(zhuǎn)換裝置對作為上述特性的上述模擬信號的幅度起作用，將上述幅度轉(zhuǎn)換成為上述第一數(shù)字值。
全文摘要
模/數(shù)輸出線性化電路將輸入電路10的模擬信號Vi施加在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器12的輸入端上以在總線14上得到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd。內(nèi)存數(shù)字值查詢表的模/數(shù)線性化存儲器16與接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Vd經(jīng)總線18將表中理想線性數(shù)字值供給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)20。微處理器22由總線14接在轉(zhuǎn)換器12與存儲器16之間作為開關(guān)。當(dāng)輸入電路10施加已知的測試信號再將編程存儲器24中的理想數(shù)字值Vt讀入線性化存儲器16中時在已知測試信號的整個范圍內(nèi)提供與該信號各階的特性如幅度的準(zhǔn)確線性關(guān)系。
文檔編號H03M1/10GK1067342SQ91111298
公開日1992年12月23日 申請日期1991年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月24日
發(fā)明者C·B·帕特爾, T·邁耶 申請人:三星電子株式會社