[发明专利]一种自适应采样率的模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路，具体涉及片上系统、宽带数据通信系统、高速无线通信系统等数据转换的产品应用。

背景技术

当前高速低功耗片上系统、宽带通信技术以及高速数字信号处理等的高速发展，对系统的接口模数转换器部分提出越来越苛刻的要求。因为系统在最前端接触到的信号都是模拟信号，在对信号进行数字化处理前，均需要进行模拟信号到数字信号的转换。在数字信号处理占主导地位的今天，模数转换器作为信号处理的第一步，显得越来越重要。尤其是在某些系统中，对功耗、精度、速度与可靠性等都有一定的要求，这就对模数转换器的具体设计与实现提出了新的挑战。同时随着对模数转换器性能的不断提升，其内部模块和器件数量将急剧上升，作为数据缓冲系统，在实际的设计过程中，需要折中考虑的因素也不断增多，使得模数转换器在各种性能的折中上存在一定的难题。本发明提出了一种自适应采样率的模数转换器，在模数转换器的精度、速度、功耗等主要性能上实现了统一改善。

发明内容

针对当前各种数据采集系统对精度、速度、功耗等主要性能的特殊要求，本发明提出了一种自适应采样率的模数转换器。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种自适应采样率的模数转换器，首先通过高速比较器比较输入模拟信号与信号地，产生输入信号的即时频率。然后，通过快速响应锁相环将输入信号的频率倍频固定的倍数，使得锁相环的输出频率与输入模拟信号频率的联动。锁相环输出的频率即为模数转换器的采样频率，从而使得模数转换器对模拟信号的采样频率与信号的即时频率成联动关系。本发明公开的自适应采样率模数转换器，可以兼顾模数转换器的速度、精度与功耗特性。通过此项技术，可以有效提高数据采集系统的特性。

上述方案中，所述输入模拟信号频率发生变化时，高速比较器通过比较输入信号与信号地得到的频率即会跟随变化。所述快速响应锁相环的基准频率信号接到高速比较器的输出端，并将检测到的信号频率倍频，得到模数转换器的实际采样频率。

为了使采样时刻的采样频率与信号频率尽可能同步，上述比较器和锁相环响应时间之和应该小于信号最短的周期时间。

本发明通过检测输入信号的频率变化情况，得到与输入信号频率成固定倍数的模数转换器采样频率，实现了模数转换器的自适应采样频率特性，从而对采样频率固定时的过采样与欠采样情况下引起的特性衰减进行了改进，兼顾了模数转换器的精度与速度特性，降低了模数转换器的功耗，提高了模数转换器的综合性能。

附图说明

图1为本文发明的自适应采样率模数转换器。

图2为输入模拟信号频率变化时的采样信号示意图。

其中：10为输入模拟信号；20为模数转换器；30为数字信号；40为输入信号的交流地；50为高速高增益比较器；60为高速高增益比较器的输出；70为快速响应锁相环；80为输出频率信号。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的自适应采样率模数转换器结构，图2为输入模拟信号频率变化时的采样信号示意图。

如图1所示，输入模拟信号10为模数转换器的输入，同时作为高速比较器的输入。为了简化分析，可以将信号中的直流信号先屏蔽掉，使得输入模拟信号为纯交流信号，则其中心值为信号地。由于实际的信号应该是频率和幅度均会随时间变化的信号，如图2所示的模拟信号，随时间变化时频率在降低，幅度在任意变化，此处为了方便示意，频率只选择了降低变化，频率升高的情况与此分析正好相反。

从信号的第一个周期开始分析，信号的频率是通过图1所示的高速比较器50来检测的，因此输入的模拟信号需要接到高速比较器50的一端。如果是纯交流信号，高速比较器50的另一端接到信号地上；如果是带共模信号的输入模拟信号，高速比较器50的另一端接到同输入模拟信号一致的共模信号上。此处以纯交流信号为例，高速比较器50的正相端接纯交流信号，负相端接信号地。由于此处采用的是高速高增益比较器50，因此可以快速捕捉到交流信号经过信号地的时刻，并使高速高增益比较器的输出端信号60发生翻转得到一系列与信号幅度无关的脉冲信号，该信号即作为基准频率信号接到快速响应锁相环70的输入端。以第一个信号周期为例，如图2所示，当信号大于0时，高速高增益比较器50的输出60变为高电平；当信号小于0时，高速高增益比较器50的输出60变为低电平。同时，为了防止在模数转换器的采样时钟内引入孔径误差，此处的高速高增益比较器50需要具有一定的迟滞。这样就得到了第一个信号周期的频率信号，即快速响应锁相环的输入基准频率信号60，如图2所示。