專利名稱：基于非線性映射a/d變換方法及其變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及A/D變換器，尤其涉及一種基于非線性映射A/D變換方法及其變換器。
背景技術(shù)：
目前A/D轉(zhuǎn)換器的發(fā)展方向主要集中在兩個(gè)方向其一是∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器，他的分辨力可達(dá)24bit，由于∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器是基于過采樣技術(shù)，其A/D轉(zhuǎn)換速度不高。就高速高精度A/D轉(zhuǎn)換器而言，目前主要采用的技術(shù)是流水結(jié)構(gòu)的子區(qū)式A/D轉(zhuǎn)換器，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是移動(dòng)通信和數(shù)字通信方面。子區(qū)式A/D轉(zhuǎn)換器通常使用“數(shù)字或模擬校正”和采用A/D變換器冗余轉(zhuǎn)換位數(shù)等技術(shù)來消除系統(tǒng)誤差，其轉(zhuǎn)換位數(shù)和轉(zhuǎn)換速度都不能做得很高。并行A/D變換器雖然速度可做得很高，但轉(zhuǎn)換位數(shù)比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于非線性映射A/D變換方法及其變換器。
基于非線性映射A/D變換方法是利用混沌非線性映射系統(tǒng)對(duì)初始值的敏感性，對(duì)兩個(gè)有微弱區(qū)別的初始值有很高的分辨力，當(dāng)疊代次數(shù)n→∞時(shí)，這兩個(gè)極小微弱區(qū)別的初始值所對(duì)應(yīng)的兩輸出軌跡序列將面目全非，最終將這兩個(gè)及其相近的初始值完全區(qū)分開來，利用初始值所對(duì)應(yīng)的軌跡序列所對(duì)應(yīng)的符號(hào)序列就能計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的初始值。
基于非線性映射A/D變換器是取樣保持電路經(jīng)開關(guān)S1依次與非線性映射函數(shù)電路信號(hào)輸入端A、控制邏輯電路、估算電路相接，單位延時(shí)器一端經(jīng)開關(guān)S1與非線性映射函數(shù)電路輸入端相接，單位延時(shí)器另一端與非線性映射函數(shù)電路輸出端和控制邏輯電路輸入端相接，控制邏輯電路輸出端與估算電路的輸入端、非線性映射函數(shù)電路控制輸入端B和開關(guān)S1控制輸入端相接。
本發(fā)明利用混沌系統(tǒng)對(duì)初始值的敏感性特性和初始值的估算方法。將模擬信號(hào)的取樣值作為混沌系統(tǒng)的初始值，根據(jù)對(duì)應(yīng)該初始值的符號(hào)序列，利用初始值的估算算法計(jì)算出該初始值，完成A/D變換。并且，另一個(gè)目的在于提供一種能解決高轉(zhuǎn)換位、高速A/D變換器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案。
非線性映射迭代電路用開關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)，這是有利的，因?yàn)檫@可將取樣保持電路S/H和非線性映射迭代電路做在一起，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，并且可以利用COMS工藝，易于系統(tǒng)做成集成電路。非線性映射迭代電路的特征在于采用了相伴IFS隨機(jī)移位系統(tǒng)(Overlapping系統(tǒng))，這使得系統(tǒng)有很好的魯棒性和易于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于非線性映射A/D轉(zhuǎn)換器中的映射函數(shù)采用了相伴IFS隨機(jī)移位動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，用于獲取符號(hào)序列或控制信號(hào)的比較器并不需要較高的精度和高精度參考電壓的要求，且對(duì)比較器輸入的取樣保持電路也大大降低了要求，只需簡(jiǎn)單地用電容來完成取樣保持。由于在高速工作狀態(tài)下，電路的精度很難做好，因此上述特性很利于高速的應(yīng)用。估算電路完成估算所需的運(yùn)算電路，它利用所獲得的符號(hào)序列對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行估算，最終給出A/D轉(zhuǎn)換值。實(shí)際電路中，由于非線性映射系統(tǒng)可以靠選擇不同參考電壓(+E，-E，0)來實(shí)現(xiàn)，因此，精度容易做得很高。


圖1是本發(fā)明的原理示意圖；圖2是非線性映射A/D變換器的輸入部分取樣保持電路功能模塊；圖3是非線性映射A/D變換器的非線性映射迭代電路和控制邏輯電路；圖4是非線性映射A/D變換器的估算電路原理圖；圖5是系統(tǒng)的時(shí)序圖；圖6是非線性映射迭代電路的映射函數(shù)；圖2-6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中非線性映射迭代電路用開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明解決技術(shù)所采用的技術(shù)方案是將非線性映射A/D變換器分為四個(gè)組成部分1.輸入處理電路；2.非線性映射迭代電路；3.控制邏輯電路；4.估算電路。在實(shí)際電路中通常將上述2和3合在一起實(shí)現(xiàn)，也可將1、2和3合在一起實(shí)現(xiàn)。輸入處理電路包括取樣保持電路S/H和一個(gè)開關(guān)S1，它們用于對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并在轉(zhuǎn)換的第一個(gè)工作時(shí)鐘內(nèi)把該采樣值作為非線性映射系統(tǒng)的初始值。非線性映射迭代電路，從原理上包括單位延時(shí)器、映射函數(shù)電路，其中單位延時(shí)器和映射函數(shù)電路構(gòu)成環(huán)路結(jié)構(gòu)，用于完成映射迭代?？刂七壿嬰娐酚糜趯?shí)現(xiàn)映射迭代運(yùn)算，還能從它的輸出信獲取符號(hào)序列。
如圖2所示，取樣保持電路功能模塊，用于完成對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行取樣保持操作。如輸入信號(hào)變化不是很快，可用圖3所示的開關(guān)電容電路中的電容C1直接對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行取樣保持操作。
如圖3所示，非線性映射函數(shù)電路、控制邏輯電路和單位延時(shí)器是開關(guān)S1、S2、S3、S4和S5有一個(gè)共同端，該共同端依次與電容C1、開關(guān)S6和開關(guān)S7相接，開關(guān)S1的另一端與取樣保持電路S/H的輸出信號(hào)Vin相接，開關(guān)S2的另一端與電源E相接，開關(guān)S3的另一端與電源-E相接，開關(guān)S4的另一端與地相接，電容C1的另一端與電容C3相接，電容C3的另一端與開關(guān)S9和開關(guān)S10相接，開關(guān)S10的另一端與地相接，開關(guān)S6的另一端與地相接，開關(guān)S7的另一端與運(yùn)放A1的負(fù)輸入端、電容C2和開關(guān)S8連接，電容C2的另一端與開關(guān)S8的另一端、運(yùn)放A1的輸出端、開關(guān)S9的另一端、開關(guān)S5的另一端和控制電路輸入端相接，控制電路的輸出信號(hào)為K5、K23、K22、K21、K20、K4、K1、K2和K1，開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9的控制信號(hào)分別是K5、K22、K21、K20、K4、K1、K2、K5、K4和K23。
如圖4所示，估算電路是將其輸入信號(hào)K23、K22、K21作為符號(hào)序列產(chǎn)生電路的輸入信號(hào)，符號(hào)序列產(chǎn)生電路的一路輸出信號(hào)S00(n)作為L(zhǎng)位移位寄存器的輸入信號(hào)，符號(hào)序列產(chǎn)生電路的另一路輸出信號(hào)S01(n)作為另一個(gè)L位移位寄存器的輸入信號(hào)，兩個(gè)L位移位寄存器的輸出信號(hào)S00(n)()和S01(n)()作為相減電路的輸入信號(hào)，相減電路的輸出作為最終的A/D變換值，兩個(gè)L位移位寄存器的時(shí)鐘輸入信號(hào)為K1。
為了使系統(tǒng)有很好的魯棒性，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)要求，我們采用具有重疊區(qū)域(overlapping)的相伴IFS隨機(jī)移位動(dòng)力系統(tǒng)。我們?cè)O(shè)計(jì)如圖6所示的相伴IFS隨機(jī)移位系統(tǒng)(Overlapping系統(tǒng))作為A/D轉(zhuǎn)換器中的映射函數(shù)。對(duì)于圖6所示的映射函數(shù)，其符號(hào)序列可定義為 令S0為S0＝{s0(0)s0(1)s0(2)…s0(L)…}＝{s(0)s(1)s(2)…s(L)…}，and s0(n)∈
(3.2)其初始值的估算公式可化簡(jiǎn)為x(0/L)=EΣn=0L-1s0(n)(12)n+1---(3.3)]]>x(0)=limL→∞x(0/L)]]>如定義 和
則(3.3)可表示為x(0/L)=EΣn=0L-1s00(n)(12)n+1-EΣn=0L-1s01(n)(12)n+1---(3.4)]]>x(0)=limL→∞x(0/L)]]>如用二進(jìn)制表示初始值，則根據(jù)(3.4)式，初始值可等效地表示為兩二進(jìn)制數(shù)相減x(0/L)＝S00-S01x(0)=limL→∞[S00-S01]---(3.5)]]>其中S00＝{s00(0)s00(1)s00(2)…s00(L)…}和S01＝{s01(0)s01(1)s01(2)…s01(L)…}。
非線性映射迭代電路可采用開關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)，電路圖如圖3所示。運(yùn)放A1，電容C1、C2和C3，開關(guān)S1、S2、S4、S5、S6、S7、S8、S9和S10組成開關(guān)電容電路。
對(duì)于L位bit精度轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)需要L+1個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍。其中1.第一時(shí)鐘節(jié)拍中，前半時(shí)鐘K1、K5時(shí)鐘有效，后半時(shí)鐘K2、K20時(shí)鐘有效，主要完成對(duì)輸入信號(hào)樣值Vin的取樣，并作為映射系統(tǒng)的初始值x(0)2.第2時(shí)鐘節(jié)拍至L+1時(shí)鐘節(jié)拍，主要完成L次映射疊代，完成對(duì)輸入信號(hào)的A/D變換。每循環(huán)一個(gè)周期產(chǎn)生一位符號(hào)位輸出0、+1或-1。
各開關(guān)控制信號(hào)波形圖如圖5所示(高電平時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，低電平時(shí)開關(guān)截止)。各開關(guān)控制信號(hào)波形圖如圖5所示，在每個(gè)時(shí)鐘周期的前半段K1、K4有效，運(yùn)放A1的輸出端電壓x(n)給C2和C3充電，同時(shí)控制邏輯電路對(duì)輸出x(n)進(jìn)行采樣，并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)。在每個(gè)周期的后半段，根據(jù)前半周期產(chǎn)生的開關(guān)控制信號(hào)使S2或S3或S4和S10導(dǎo)通，選擇相應(yīng)的分段函數(shù)，完成一次迭代。在電路中，符號(hào)序列S00＝{s00(0)s00(1)s00(2)…s00(L)…}和S01＝{s01(0)s01(1)s01(2)…s01(L)…}可分別用信號(hào)K23、K22和K21表示。圖4是非線性映射A/D變換器的估算電路原理圖，用于完成上述(3.5)式的運(yùn)算。
權(quán)利要求
1.一種基于非線性映射A/D變換方法，其特征在于利用混沌非線性映射系統(tǒng)對(duì)初始值的敏感性，對(duì)兩個(gè)有微弱區(qū)別的初始值有很高的分辨力，當(dāng)疊代次數(shù)n→∞時(shí)，這兩個(gè)極小微弱區(qū)別的初始值所對(duì)應(yīng)的兩輸出軌跡序列將面目全非，最終將這兩個(gè)及其相近的初始值完全區(qū)分開來，利用初始值所對(duì)應(yīng)的軌跡序列所對(duì)應(yīng)的符號(hào)序列就能計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的初始值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性映射A/D變換方法，其特征在于所說的利用初始值所對(duì)應(yīng)的軌跡序列所對(duì)應(yīng)的符號(hào)序列s(i)就能計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的初始值的計(jì)算公式是x(0/L)=fs(0)-1·fs(1)-1·····fs(L-1)-1(β)]]>x(0)=e(n)=limL→∞x(0/L)----(2.1)]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性映射A/D變換方法，其特征在于所說的非線性映射系統(tǒng)采用了相伴IFS隨機(jī)移位系統(tǒng)或Overlapping系統(tǒng)。
4.一種基于非線性映射A/D變換器，其特征在于取樣保持電路經(jīng)開關(guān)S1依次與非線性映射函數(shù)電路信號(hào)輸入端A、控制邏輯電路、估算電路相接，單位延時(shí)器一端經(jīng)開關(guān)S1與非線性映射函數(shù)電路輸入端相接，單位延時(shí)器另一端與非線性映射函數(shù)電路輸出端和控制邏輯電路輸入端相接，控制邏輯電路輸出端與估算電路的輸入端、非線性映射函數(shù)電路控制輸入端B和開關(guān)S1控制輸入端相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于非線性映射A/D變換器，其特征在于所說的非線性映射函數(shù)電路、控制邏輯電路和單位延時(shí)器是開關(guān)S1、S2、S3、S4和S5有一個(gè)共同端，該共同端依次與電容C1、開關(guān)S6和開關(guān)S7相接，開關(guān)S1的另一端與取樣保持電路S/H的輸出信號(hào)Vin相接，開關(guān)S2的另一端與電源E相接，開關(guān)S3的另一端與電源-E相接，開關(guān)S4的另一端與地相接，電容C1的另一端與電容C3相接，電容C3的另一端與開關(guān)S9和開關(guān)S10相接，開關(guān)S10的另一端與地相接，開關(guān)S6的另一端與地相接，開關(guān)S7的另一端與運(yùn)放A1的負(fù)輸入端、電容C2和開關(guān)S8連接，電容C2的另一端與開關(guān)S8的另一端、運(yùn)放A1的輸出端、開關(guān)S9的另一端、開關(guān)S5的另一端和控制電路輸入端相接，控制電路的輸出信號(hào)為K5、K23、K22、K21、K20、K4、K1、K2和K1，開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9的控制信號(hào)分別是K5、K22、K21、K20、K4、K1、K2、K5、K4和K23。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于非線性映射A/D變換器，其特征在于所說的非線性映射函數(shù)電路、控制邏輯電路和單位延時(shí)器中的電容C1的電容量的取值與電容C2相等，以及電容C3的電容量的取值為電容C1的兩倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于非線性映射A/D變換器，其特征在于所說的非線性映射函數(shù)電路的映射函數(shù)
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于非線性映射A/D變換器，其特征在于所說控制電路的輸出信號(hào)為K5、K23、K22、K21、K20、K4、K1、K2和K1，其中信號(hào)K23、K22、K21、K20在迭代期中在其時(shí)鐘的有效期的取值按以下公式確定 從第二時(shí)鐘起，即在迭代期中，K20的波形同K23。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于非線性映射A/D變換器，其特征在于所說估算電路是將其輸入信號(hào)K23、K22、K21作為符號(hào)序列產(chǎn)生電路的輸入信號(hào)，符號(hào)序列產(chǎn)生電路的一路輸出信號(hào)S00(n)作為L(zhǎng)位移位寄存器的輸入信號(hào)，符號(hào)序列產(chǎn)生電路的另一路輸出信號(hào)S01(n)作為另一個(gè)L位移位寄存器的輸入信號(hào)，兩個(gè)L位移位寄存器的輸出信號(hào)S00(n)()和S01(n)()作為相減電路的輸入信號(hào)，相減電路的輸出作為最終的A/D變換值，兩個(gè)L位移位寄存器的時(shí)鐘輸入信號(hào)為K1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于非線性映射A/D變換器，其特征在于所說符號(hào)序列產(chǎn)生電路的輸出信號(hào)S00(n)和S01(n)按以下算法求得 其中序列S0為S0＝{s0(0)s0(1)s0(2)…s0(L)…}＝{s(0)s(1)s(2)…s(L)…}，and s0(n)∈
(2.8)其中s(n)為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非線性映射A/D變換方法及其變換器。利用混沌非線性映射系統(tǒng)對(duì)初始值的敏感性，對(duì)兩個(gè)有微弱區(qū)別的初始值有很高的分辨力，當(dāng)疊代次數(shù)n→∞時(shí)，這兩個(gè)極小微弱區(qū)別的初始值所對(duì)應(yīng)的兩輸出軌跡序列將面目全非，最終將這兩個(gè)及其相近的初始值完全區(qū)分開來，利用初始值所對(duì)應(yīng)的軌跡序列所對(duì)應(yīng)的符號(hào)序列就能計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的初始值。本發(fā)明簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，易于系統(tǒng)集成。非線性映射迭代電路采用了相伴IFS隨機(jī)移位系統(tǒng)(0verlapping系統(tǒng))，這使得系統(tǒng)有很好的魯棒性和易于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)際電路中，由于非線性映射系統(tǒng)可以靠選擇不同參考電壓(+E，－E，0)來實(shí)現(xiàn)，因此，精度容易做得很高。
文檔編號(hào)H03M1/12GK1529415SQ20031010800
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者于慧敏 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)