專利名稱：模數(shù)變換設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種特別適合于接收由電纜發(fā)送的信號的模數(shù)變換設備。
本發(fā)明的基礎在于開發(fā)了適用于對256 QAM(正交調(diào)幅)調(diào)制的信號進行模數(shù)變換的變換設備，所述信號的頻譜是從3.2至11.2MHz，峰至峰的動態(tài)擺幅為1伏，經(jīng)由電容耦合施加輸入信號。
電容耦合導致了輸入信號直流分量的丟失。因此本設備必須對此加以考慮。另一方面，信號的動態(tài)擺幅只有1伏峰-峰值，其不大。這個問題也須加以考慮。最后，將試圖將某些形式的噪聲減至最小。
本發(fā)明的目的是提供一種對輸入信號進行模數(shù)變換的設備，其特征在于它包括把輸入信號置換成二個差分信號的裝置；把差分信號的每一個的直流分量恢復到模數(shù)變換器變換范圍的中間電壓的裝置；至少一個差分比較器，其輸出端連接到所述模數(shù)變換器的輸入端，其二個差分輸入端分別接收所述二個差分信號之一。
通過使用至少一個差分比較器，一方面能使信號的動態(tài)擺幅加倍，二個差分信號對于已恢復的直流分量具有相反的變化范圍，另一方面能克服共模噪聲。
恢復直流分量的裝置的作用是把直流分量聚集在變換器變換范圍的中間電壓，以限制變換器的飽和。
按照一特定實施例，恢復直流分量的裝置包括串聯(lián)的低通濾波器和開關電流源，低通濾波器用于對變換器輸出的數(shù)字字進行濾波，開關電流源用于隨濾波器輸出處的最高有效位的變化而使存儲電容器充電或放電。
按照一特定實施例，把輸入信號置換成二個差分信號中的第一個差分信號的裝置包括減法器和加法器，用于把輸入信號加上變換器變換范圍的中間電壓的二倍，和從其中減去已恢復的直流分量。
按照一特定實施例，把輸入信號置換成二個差分信號中的第二個差分信號的裝置包括減法器和加法器，用于從已恢復直流分量中減去輸入信號。
按照一特定實施例，本設備還包括放大器，分別用作輸入電壓、變換器參考范圍的中間電壓及已恢復直流分量的緩沖器。
通過結合附圖對一特定的非限定性的示范實施例的說明，本發(fā)明的其他特征將顯而易見。


圖1是按照本示范實施例的模數(shù)變換設備的方框圖，圖2是按照本實施例一變型的差分變換器，以及圖3是表示按照本實施例和圖2的變型的差分自動調(diào)零比較器的電路圖。
圖1中所示的設備包括輸入端1，在該輸入端上加有輸入信號vin(信號Vin的動態(tài)分量)。輸入端1連接到作緩沖器用的單位增益運算放大器2的正輸入端，把該放大器的輸出環(huán)回到其負輸入端。放大器的正輸入端也通過電阻來接收電壓Vc。該電壓的作用和產(chǎn)生將在稍后說明。
同樣接成緩沖器的第二放大器3在其正輸入端接收存儲在存儲電容器4上的電壓Vin Diff。存儲電容器4用箝位電路5充電或放電。該箝位電路5受低通濾波器7的輸出處的最高有效位(MSB)的值的控制。該低通濾波器對標號為6的10位差分模數(shù)變換器的輸出端的數(shù)字字進行濾波。作為例子，該濾波器的特性是截止頻率為80KHz，在4KHz處的衰減為-60dB，濾波器是無限沖激響應濾波器。最好使用來自變換器6的輸出字的所有位以獲得整齊的已濾波MSB值，但是也可能只對其中的某些位(最好是最高有效位或一些最高有效位)濾波以便對濾波器7進行簡化。
箝位電路包括兩個電流源Io和-Io，根據(jù)已濾波的最高有效位的數(shù)值，用Io充電或用-Io放電。隨變換器的采樣頻率及其分辨率的變化確定電容器4和電流Io的數(shù)值。
放大器2的輸出(其值為vin+Vc)連接到安裝成減法器的放大器8的正輸入端。該減法器的負輸入端連接到放大器3的輸出(其值為Vin Diff)。
因此減法器8的輸出端提供差值(vin+Vc-Vin Diff)。
該輸出端連接到安裝成具有二個輸入端的加法器的放大器10的第一輸入端，而其第二輸入端則接收來自信號Vc的緩沖放大器11的輸出，Vc代表變換器6的變換范圍的中間值。
因此，加法器10的輸出端提供和值(vin+Vc-Vin Diff)+Vc。
該輸出端連接到差分變換器6的正輸入端V正。
安裝成減法器的第二放大器9在其負輸入端接收放大器2的輸出(其值為vin+Vc)而在其正輸入端接收放大器3的輸出(其值為Vin Diff)，這與減法器8的情況相反。
因此減法器9的輸出提供差值(Vin Diff-vin-Vc)。
減法器9的輸出端連接到加法器12的一輸入端，這與加法器10的情況相同。加法器12的第二輸入端也接收由緩沖器11輸出的信號Vc。
因此加法器12的輸出提供和值(Vin Diff-vin-Vc)+Vc。
該輸出連接到差分變換器6的負輸入端V負。
變換器6包括作為輸入端的單位增益自動調(diào)零差分比較器14，比較器14的輸出端連接到具有移位寄存器和逐次比較的電路15。移位寄存器和逐次比較這兩種元件將結合圖2作更詳細說明。電路15連接到數(shù)模變換器(圖1中未示出)，后者適合于根據(jù)電路15的寄存器內(nèi)容來產(chǎn)生供比較器14用的參考電壓。
電路15接收以下諸信號由振蕩器13產(chǎn)生的時鐘信號CKIN，代表變換范圍低電壓的參考電壓VRLF，和代表該變換范圍高電壓的參考電壓VRHF。電路15輸出10位已變換輸入信號(“數(shù)據(jù)”)、溢出位“溢出”、和變換范圍的中間值Vc。
當不存在信號vin時，本設備操作的靜態(tài)方式如下。輸入到變換器的信號V正和V負分別等于V正=Vc-Vin Diff+Vc=2Vc-Vin DiffV負=-Vc+Vin Diff+Vc=Vin Diff現(xiàn)在，箝位環(huán)路趨向于使該二個電壓相等。這是因為當V正大于V負時，由變換器6輸出的最高有效位將是1，其后果是使箝位電容器4充電，從而增大V負和減小V正。反之，當V正小于V負時，則使箝位電容器放電。
這相當于說Vin Diff收斂到變換范圍的中間值。因此，輸入信號的直流分量被恢復到變換范圍的中間電壓。
在動態(tài)條件下，假定Vin Diff已收斂到Vc，則V正將等于Vc+vin,V負將等于Vc-vin。
使用差分比較器的效果是將待變換信號的動態(tài)擺幅加倍，在本實例的結構內(nèi)，由1伏峰-峰值增加到2伏峰-峰值。
此外，使用本差分比較器可克服共模噪聲。
圖2是變換器6的方框圖，該變換器包括8個并行的以移位方式工作的差分變換電路21至28。按照一種變型，使用這種變換器來取代圖1的變換器，以增加變換器的工作頻率。輸入到變換器6的時鐘信號CKIN為時鐘發(fā)生電路29所利用，其產(chǎn)生變換器工作所需的所有時鐘信號。
各變換電路具有逐次近似的結構，并依次對輸入信號采樣。每個變換電路需要16個時鐘周期來產(chǎn)生10位的字，因此變換器的采樣頻率和在變換器輸出端的輸出二進制字的頻率等于時鐘13頻率的一半。
差分變換電路21至28中的每一個包括串聯(lián)的差分自動調(diào)零比較器30與電路34，電路34具有11位移位寄存器，這11位可并行地在輸出端訪問。自動調(diào)零比較器包括兩個輸入端，用來接收差分信號V正和V負。數(shù)模變換器31根據(jù)寄存器34的內(nèi)容來產(chǎn)生比較電壓并將其加到自動調(diào)零比較器的輸入端。
圖1的自動調(diào)零比較器14與圖2的差分自動調(diào)零比較器30相同。同樣，圖1的移位寄存器電路15和圖2的電路34相同。
每個差分比較電路輸出的11位包含10個有效位和一個溢出位。八個比較電路21至28的八個并行輸出用多路復用器復接到輸出緩沖器33。多路復用器32連接到由電路29產(chǎn)生的時鐘CK，并且依次選擇所述八個比較電路的輸出。
相(phase)P0至P15也由電路29產(chǎn)生。它們支配八個比較電路的比較順序。把加到兩個相繼比較電路的相信號移位兩個周期所以兩個相繼比較電路所進行的采樣也同樣移位兩個周期，這就是可得到這兩個比較電路的11位輸出的情況。
在每種情況下，前四相(電路21的第一比較器的P0至P3)被用于校正自動調(diào)零比較器，而以后的十一相被用于確定10個有用位和1個校正位。從最高位到最低位確定各有用位，在確定每一位之后采納(adapt)在數(shù)模變換器的輸出處的比較電壓。最后一相用于傳送給多路復用器32。
圖3示出在本實例結構內(nèi)所用的自動調(diào)零比較器。該自動調(diào)零比較器包括具有兩個PMOS級的差分放大器35及受其控制的觸發(fā)器36。輸入信號在電容器37和38上采樣，同時把輸入信號(通過斷續(xù)器PSMP的控制)連接到參考電壓Vref和(通過續(xù)斷器PVIN的控制)分別連接到V正和V負。接著打開斷續(xù)器PSMP，然后打開斷續(xù)器PVIN。然后閉合斷續(xù)器PVR，使比較器反轉(zhuǎn)。比較器的輸出(信號Y1和Y2)存儲在觸發(fā)器36中，觸發(fā)器的輸出連接到寄存器電路34。
信號Vref和CS1是靜態(tài)偏置信號。信號BIAS和BIASN在比較器自動校正的階段內(nèi)產(chǎn)生。該兩個電壓收斂到同一數(shù)值，用于補償比較器的任何匹配誤差。
權利要求
1．一種對輸入信號(vin)進行模數(shù)變換的設備，其特征在于包括用于把所述輸入信號(vin)置換成兩個差分信號的裝置(8、9、10、12)；用于把每一個差分信號的直流分量(Vin Diff)恢復到模數(shù)變換器(15)的變換范圍的中間電壓(Vc)的裝置(3、4、5、7、11)；至少一個差分比較器(14)，其輸入端連接到所述模數(shù)變換器(15)的輸入端，其兩個差分輸入端(V正，V負)分別接收所述兩個差分信號之一。
2．如權利要求1所述的設備，其特征在于用于恢復直流分量的裝置包括串聯(lián)的低通濾波器(7)和開關電流源(5)，低通濾波器(7)用于對變換器(15)輸出的數(shù)字字進行濾波，開關電流源(5)用于隨濾波器(7)輸出處的最高有效位的變化而對存儲電容器(4)充電或放電。
3．如權利要求1或2所述的設備，其特征在于把所述輸入信號置換成所述兩個差分信號中的第一個(V正)的裝置包括減法器(8)和加法器(10)，用于把所述輸入信號加上所述變換器(15)的變換范圍的中間電壓的二倍，及用于從其中減去所述已恢復的直流分量(Vin Diff)。
4．如以上權利要求之一所述的設備，其特征在于把所述輸入信號置換成所述兩個差分信號的第二個(V負)的裝置包括減法器(9)和加法器(12)，用于從所述已恢復直流分量(Vin Diff)中減去輸入信號(vin)。
5．如以上權利要求之一所述的設備，其特征在于它還包括放大器(2、3、11)，用作分別對所述輸入電壓(vin)、所述變換器參考范圍的中間電壓(Vc)和所述已恢復直流分量(Vin Diff)進行緩沖用的緩沖器。
全文摘要
本發(fā)明涉及對信號進行模數(shù)變換的設備。該設備包括:把輸入信號置換成兩個差分信號的裝置;把每一個差分信號的直流分量恢復到模數(shù)變換器變換范圍的中間電壓的裝置;以及差分放大器,其輸出端連接到模數(shù)變換器的輸入端,而其兩個差分輸入端分別接收所述兩個差分信號之一。
文檔編號H03M1/08GK1219034SQ9812080
公開日1999年6月9日 申請日期1998年9月30日 優(yōu)先權日1997年10月14日
發(fā)明者布魯諾·邦霍爾, 弗雷德里克·佩拉德特, 蒂里·勞澤 申請人:湯姆森多媒體公司