[发明专利]一种采样阈值随输入信号变化的异步过电平采样模数转换器

说明书

本发明公开了一种采样阈值随输入信号变化的异步过电平采样模数转换器，当输入信号连续并且短的一直上升或者一直下降变化时，本电路通过比较器模块、计数器模块以及数模转换器模块模块配合来改变整个设计的阈值。外界输入信号触发比较器模块的输出改变，从而改变计数器模块的输出的二进制值，由译码器翻译出二进制值得改变，以此来控制数模转换器模块模块的开关，控制数模转换器模块模块的输出电压。该输出电压连接比较器模块的参考电压，改变了参考电压即改变了本设计的阈值。因此当连续并且短时间的一直上升或者一直下降变化的输入信号来临后，该电路可根据阈值分辨率的改变以此来减少采样次数，减低能耗。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种采样阈值随输入信号变化的异步过电平采样模数转换器。

背景技术

由于数字化CMOS技术的快速小型化，使得在小型便携式设备中集成着大量的电路，因此小型便携式设备大量计算的能力成为可能。遗憾的是，能量存储技术无法跟上消费者对更多功能的需求，因此现在的研究趋势已经开始和设计原始速度的系统一样，强调节能的电路和架构。典型的能量约束传感器应用包含一个模拟传感器，一些用于信号调理的模拟前端和一个ADC，后面是数字后端(执行更多的信号调节)，最后是存储或传输收集信息的模块。由于数字电路的快速改进，一种趋势是将尽可能多的信号模拟信号转换成数字信号并加以处理。但是，这种方法通常需要高性能ADC，这在能量受限的应用中可能并不理想。在诸如传感器网络、植入式生物医学设备和智能标签的应用中，信号通常是稀疏并且频率内容随时间变化。因此采集这样的信号不是基于最高预期频率和恒定的高速率，而是允许采样率由信号本身决定，即外界的输入信号驱动小型便携式设备采样。一种数据转换方法是：根据输入信号调整其采样率和分辨率，这样有可能节省大部分功率，因为它可以适应各种输入信号、同时不会产生不需要的采样，最大限度地减少数字部分的功耗处理以及减少发射机的功率。虽然外界输入信号驱动小型便携式设备采样的功率消耗也可以通过断电技术的传统方案来实现，但这种方案仍然使用与输入频率内容无关的恒定采样频率。同时经典的异步过电平采样模数转换器在采集一个连续的输入信号时，在分辨率相同的情况下，若输入信号变化幅度远远超过分辨率，则该异步过电平采样模数转换器的采样次数会大大增加，从而造成能量损耗。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种采样阈值随输入信号变化的异步过电平采样模数转换器，具体的技术方案包括：预处理模块、使能信号生成模块、比较器模块、计数器模块、数模转换器模块、计时器模块、寄存器模块和复位信号处理模块。

所述预处理模块，用于处理初始的被测量信号，使信号放大到可被比较检测的幅度。

所述使能信号生成模块为设计中的生成使能信号的模块，用于生成预处理模块、比较器、模数转换器等模块的控制信号，待测信号到来前，使能信号为低电平，三态门关闭，上述各个模块未启动，延迟单元输出为高组态。测量结束后，使能信号由高电平变为低电平，三态门关闭，及时关闭上述各个模块，减少功耗；

所述比较器模块，共两个比较器即比较器一和比较器二，用于比较被处理后的输入信号，为后续的模块输出信号。

所述计数器模块，分别为一个6位计数器和两个电阻电容时间控制电路以及两个数字开关，用于处理比较器传输的信号，为数模转换器模块输出指令；

所述数模转换器模块，其为一个6位数模转换器、译码器以及多个开关组成，其最低有效位所代表的单位电压V_lsb，用于处理计数器模块传输的信号，同时为比较器模块输出参考电压(V_ref)。译码器输出控制开关以改变6位数模转换器的输出电压。

所述计时器模块由一个电阻电容时间控制电路、一个门控分频振荡电路以及一个计数器组成，用于记录输入信号来临时到信号结束所花费的时间。

所述寄存器模块，用于存储测量过程中所花费的时间。