專利名稱：可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可動態(tài)配置自重構(gòu)流水 線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它尤其適用于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于儀表、信號檢測與處理、圖像處理、多媒體和 通信等領(lǐng)域，幾乎所有的與模擬信號相關(guān)的電子產(chǎn)品中都可以看到它的身 影。不同的領(lǐng)域?qū)δ?shù)轉(zhuǎn)換器的性能要求不同，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)也 相應(yīng)的不同。對于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計而言，速度、精度及功耗是主要考慮的幾個因素；但是這三者也是互相制約的，它們之間存在著折衷。由于流 水線結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在芯片面積、速度、精度、功耗以及設(shè)計效率等方面 得到了很好的折衷，因此在對模數(shù)轉(zhuǎn)換器速度及精度要求較高的通信領(lǐng)域 得到了廣泛的應(yīng)用。目前大多數(shù)的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器都是以恒定的采樣頻率和恒定的分辨 率工作的，也即在某種特定輸入頻率情況下以一種不變的模式工作；這對 于那些存在多種頻段輸入信號的應(yīng)用場合來說，就相應(yīng)的需要多種采樣頻 率及分辨率不同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來配合使用。例如在無線局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域， 存在不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)如IEEE802.11a、正EE 802.11b、 IEEE 802.11g等，它們所允許的輸入信號頻率范圍、調(diào)制技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸率等都存在著很大的 不同，相應(yīng)地對模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率及分辨率的要求也都是不一樣的；為 了兼容這些標(biāo)準(zhǔn)， 一個多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器也就相應(yīng)地需要多個不同的模數(shù)轉(zhuǎn)換 器。如Alireza Shirvani, Derek Cheung, Randy Tsang, Shafiq Jamal， Thomas Cho， Xiaodong Jin， Yonghua Song等在IEEE 2006 Custom Intergrated Circuits Conference(CICC)上發(fā)表的"A dual-band triple-mode SoC for 802,lla/b/g Embedded WLAN in 90nm CMOS"(—個用于802.11a/b/g嵌入式無線局域網(wǎng)的90nm CMOS雙波段三重模式Soc芯片)，它針對2.4GHz和5GHz兩個 不同頻段范圍，采用了兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。雖然采用兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以很 好的解決2.4GHz和5GHz頻段信號的兼容問題，但這也帶來了問題不僅 造成芯片面積的增加，而且在數(shù)據(jù)傳輸率不同時將會引起沒有必要的功耗; 當(dāng)隨著頻段數(shù)目增加，不是兩個，而是多個時，就需要更多數(shù)目的模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，這將造成SOC芯片面積的增加以及功耗的增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 該模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)輸入信號的頻率范圍以及應(yīng)用場合的不同，動態(tài)地 配置和重構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率的大小以及分辨率的位數(shù)，同時可以降低 功耗。本發(fā)明提供的可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于它 包括重構(gòu)配置控制電路、第一采樣保持電路、可控流水線電路和延時校正 電路；重構(gòu)配置控制電路根據(jù)接收的重構(gòu)控制信號及時鐘信號對流水線模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的采樣頻率大小及分辨率位數(shù)進(jìn)行動態(tài)配置和重構(gòu)，產(chǎn)生一組非交 疊時鐘信號和一組控制信號，并分別傳送給第一采樣保持電路、可控流水線電路和延時校正電路；第一采樣保持電路接收外部輸入的待轉(zhuǎn)換的模擬信號，利用重構(gòu)配置 控制電路提供的非交疊時鐘信號，對輸入的待轉(zhuǎn)換的模擬信號進(jìn)行采樣并 保持半個周期，并將保持的電壓值送給可控流水線電路，第一采樣保持電 路根據(jù)重構(gòu)配置控制電路提供的控制信號，處于工作或關(guān)斷狀態(tài)；可控流水線電路包括i-l級轉(zhuǎn)換器，它根據(jù)來自重構(gòu)配置控制電路的控 制信號，對分辨率位數(shù)進(jìn)行配置和重構(gòu)，并按照配置重構(gòu)之后的分辨率位 數(shù)對第一采樣保持電路送來的電壓值進(jìn)行分級量化，輸出相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字 信號，并傳送給延時校正電路;延時校正電路接收來自重構(gòu)配置控制電路的非交疊時鐘信號及來自可控流水線電路的數(shù)字信號，對可控流水線電路中各級轉(zhuǎn)換器輸出的帶冗余 位的數(shù)字信號進(jìn)行延時并進(jìn)行校正，輸出一組相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字信號。本發(fā)明具有很大的動態(tài)配置自重構(gòu)性，所謂動態(tài)配置是指本發(fā)明的采 樣頻率大小和分辨率位數(shù)可以在重構(gòu)控制信號的作用下自動地進(jìn)行配置； 所謂自重構(gòu)性是指本發(fā)明的分辨率位數(shù)可以通過重構(gòu)配置控制電路產(chǎn)生的 控制信號來有選擇的進(jìn)行重構(gòu)，并可以降低功耗。本發(fā)明的優(yōu)越性就在于， 可以使幾個處于不同頻段范圍、遵循不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號使用同一個 模數(shù)轉(zhuǎn)換器就可以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且采樣頻率大小和分辨率位數(shù) 可以通過重構(gòu)配置控制信號來動態(tài)地配置和重構(gòu)，此外在整個模數(shù)轉(zhuǎn)換完 成之后，還可以通過重構(gòu)配置控制信號來自動地關(guān)斷模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以降低 功耗。在多個輸入頻段范圍應(yīng)用場合下，本發(fā)明與每個頻段用一個模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的實現(xiàn)方式相比，可以有效地減小SoC芯片的面積及功耗。


圖1為本發(fā)明可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中重構(gòu)配置控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖1中單級轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實例圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率和分辨率位數(shù)可以根 據(jù)輸入信號的頻率范圍以及應(yīng)用場合的不同，通過重構(gòu)控制信號C1來動態(tài)地配置和重構(gòu)。如圖1所示，本發(fā)明模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括重構(gòu)配置控制電路l、第一采樣保持電路2、可控流水線電路3和延時校正電路4。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器 首先在重構(gòu)控制信號C1的作用下，結(jié)合時鐘信號C2通過重構(gòu)配置控制電 路1產(chǎn)生一組非交疊時鐘信號作為整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率及時鐘信號， 同時產(chǎn)生一組控制信號來對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率位數(shù)(6-i位，其中i可以取12、 11........ 7等值)進(jìn)行配置和重構(gòu)，之后第一采樣保持電路2按照所配置的采樣頻率對輸入的模擬信號C3進(jìn)行采樣，并將其采樣結(jié)果送給 可控流水線電路3，可控流水線電路3按照配置重構(gòu)之后的時鐘信號及分辨 率位數(shù)對輸入模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)延時校正電路4進(jìn)行延時 對齊及數(shù)字校正之后，產(chǎn)生相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字信號D1輸出。下面對可動態(tài)配 置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的各部分模塊作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。重構(gòu)配置控制電路1的輸入信號為來自系統(tǒng)外部的重構(gòu)控制信號C1及 時鐘信號C2;根據(jù)重構(gòu)控制信號Cl和時鐘信號C2，重構(gòu)配置控制電路1 對流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率大小及分辨率位數(shù)進(jìn)行動態(tài)配置和重構(gòu)， 產(chǎn)生了一組非交疊時鐘信號和一組控制信號，并分別傳送給第一采樣保持 電路2、可控流水線電路3和延時校正電路4，作為它們的時鐘信號及控制 信號。在不同的輸入信號頻率范圍及應(yīng)用場合下，重構(gòu)配置控制電路1可 以產(chǎn)生不同頻率的非交疊時鐘信號及不同的控制信號，從而來實現(xiàn)對模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的采樣頻率及分辨率位數(shù)的動態(tài)配置和重構(gòu)。第一采樣保持電路2接收外部輸入的待轉(zhuǎn)換的模擬信號C3，以及來自 重構(gòu)配置控制電路1的非交疊時鐘信號和控制信號，其主要功能是對輸入 的待轉(zhuǎn)換模擬信號C3進(jìn)行采樣并保持半個時鐘周期，并將保持的電壓值送 給可控流水線電路3，也即將連續(xù)變化的模擬信號C3離散化。來自重構(gòu)配 置控制電路1的非交疊時鐘信號控制第一采樣保持電路2對輸入模擬信號 C3進(jìn)行采樣的頻率。而來自重構(gòu)配置控制電路1的控制信號則控制第一采 樣保持電路2的工作狀態(tài)，正常工作時，第一采樣保持電路2在時鐘信號 為高(或者低)電平時對模擬信號C3進(jìn)行采樣，在時鐘信號為低(或者高) 電平時將采樣值保持半個時鐘周期；當(dāng)控制信號有效時，第一采樣保持電 路2處于不工作并關(guān)斷狀態(tài)，以節(jié)省功耗。 .可控流水線電路3的輸入信號為來自第一采樣保持電路2的模擬電壓 值及來自重構(gòu)配置控制電路1的非交疊時鐘信號和控制信號，其主要功能 是根據(jù)來自重構(gòu)配置控制電路1的控制信號，通過控制電路中相應(yīng)模塊的 工作狀態(tài)，從而對流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率位數(shù)進(jìn)行配置和重構(gòu)，之后 按照所配置的分辨率位數(shù)對第一采樣保持電路2送來的電壓值進(jìn)行分級量化，輸出相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字信號，并傳送給延時校正電路4?？煽亓魉€電路3包括i-l級轉(zhuǎn)換器，并對應(yīng)設(shè)置i-5個開關(guān)，其中，i 的取值范圍為7~12。 i取12時，可控流水線電路3可以實現(xiàn)6~12位共7 種不同分辨率位數(shù)的配置和重構(gòu)；當(dāng)i取11時，可控流水線電路3可以實 現(xiàn)6 11位共6種不同分辨率位數(shù)的配置和重構(gòu)；當(dāng)i取10時，可控流水線 電路3可以實現(xiàn)6~10位共5種不同分辨率位數(shù)的配置和重構(gòu)；當(dāng)i取9時， 可控流水線電路3可以實現(xiàn)6~9位共4種不同分辨率位數(shù)的配置和重構(gòu)； 當(dāng)i取8時，可控流水線電路3可以實現(xiàn)6~8位共3種不同分辨率位數(shù)的配 置和重構(gòu)；當(dāng)i取7時，可控流水線電路3可以實現(xiàn)6位、7位共2種不同 分辨率位數(shù)的配置和重構(gòu)。下面以i取12為例說明可控流水線電路3的具體構(gòu)成。如圖1所示，可控流水線電路3包括第1級轉(zhuǎn)換器3A、第2級轉(zhuǎn)換器3B........第7級轉(zhuǎn)換器3G........第10級轉(zhuǎn)換器3J、第11級轉(zhuǎn)換器3K以及開關(guān)S 1、S2、 ......、 S7。第1級轉(zhuǎn)換器3A的輸入信號為來自重構(gòu)配置控制電路1的非交疊時鐘 信號和控制信號以及來自第一采樣保持電路2的采樣保持值，其主要功能 是對輸入的采樣保持值進(jìn)行量化，產(chǎn)生一組送給延時校正電路4的帶有冗 余位的數(shù)字信號，同時產(chǎn)生一個送給下一級轉(zhuǎn)換器的余量增益信號。來自 重構(gòu)配置控制電路1的控制信號控制第1級轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，正常工作 時，第1級轉(zhuǎn)換器直接對經(jīng)開關(guān)送來的輸入模擬信號進(jìn)行量化，并將其輸 出送給相應(yīng)的下一級電路；當(dāng)控制信號有效時，第1級轉(zhuǎn)換器處于不工作 并關(guān)斷狀態(tài)，以節(jié)省功耗。第2級轉(zhuǎn)換器3B........第10級轉(zhuǎn)換器3J的結(jié)構(gòu)和功能同第1級轉(zhuǎn)換器3A完全一樣，它們的輸入信號都相應(yīng)地為來自重構(gòu)配置控制電路1的 非交疊時鐘信號和控制信號以及來自前面一級轉(zhuǎn)換器的余量增益信號，它 們也都是對輸入的模擬信號進(jìn)行量化，產(chǎn)生一組送給延時校正電路4的帶 有冗余位的數(shù)字信號及一個送給下一級轉(zhuǎn)換器的余量增益信號。其中第2 級轉(zhuǎn)換器3B 第7級轉(zhuǎn)換器3G的輸入模擬信號根據(jù)來自重構(gòu)配置控制電路 1的控制信號的不同存在兩種情況 一種情況是與本級轉(zhuǎn)換器輸入端相連的開關(guān)導(dǎo)通，直接對來自第一采樣保持電路2的模擬信號進(jìn)行量化，并將結(jié) 果送給相應(yīng)的下一級電路；另一種情況則是與本級轉(zhuǎn)換器輸入端相連的開 關(guān)斷開，直接對前面一級轉(zhuǎn)換器送來的模擬信號進(jìn)行量化，并將結(jié)果送給 相應(yīng)的下一級電路。第2級轉(zhuǎn)換器3B 第10級轉(zhuǎn)換器3J的工作狀態(tài)同樣受 來自重構(gòu)配置控制電路1控制信號的控制，正常工作時，各級轉(zhuǎn)換器對輸 入的模擬信號進(jìn)行量化，并將其輸出送給相應(yīng)的下一級電路；當(dāng)控制信號 有效時，轉(zhuǎn)換器則處于不工作并關(guān)斷狀態(tài)，以節(jié)省功耗。第11級轉(zhuǎn)換器3K為一個全并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸入信號為來自重 構(gòu)配置控制電路1的非交疊時鐘信號和控制信號及來自第10級轉(zhuǎn)換器3J 的余量增益信號，其主要功能就是對輸入的模擬信號進(jìn)行量化，產(chǎn)生一組 送給延時校正電路4的不帶冗余位的數(shù)字信號。第11級轉(zhuǎn)換器3K的工作 狀態(tài)同樣受來自重構(gòu)配置控制電路1控制信號的控制，正常工作時，對輸 入的模擬信號進(jìn)行量化；當(dāng)控制信號有效時，則處于不工作并關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)控制信號配置和重構(gòu)12位分辨率時，第一采樣保持電路2送來的模 擬信號經(jīng)開關(guān)S 1直接送給第1級轉(zhuǎn)換器3A，同時斷開開關(guān)S 2~ S 7，第1 級轉(zhuǎn)換器3A轉(zhuǎn)換完成之后產(chǎn)生一組送給延時校正電路4的數(shù)字信號，同時 產(chǎn)生一個余量增益信號送給下一級轉(zhuǎn)換器作為其輸入信號，以此類推，直 至第11級轉(zhuǎn)換器3K轉(zhuǎn)換完成；當(dāng)控制信號配置和重構(gòu)ll位分辨率時，第 一采樣保持電路2送來的模擬信號經(jīng)開關(guān)S 2直接送給第2級轉(zhuǎn)換器，同時 斷開S1、 S3 S7，并使第1級轉(zhuǎn)換器3A處于不工作狀態(tài)以節(jié)省功耗，第 2級轉(zhuǎn)換器3B對輸入的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一組數(shù)字信號，同時產(chǎn)生一 個余量增益信號送給下一級轉(zhuǎn)換器作為其輸入信號，以此類推，直至第11 級轉(zhuǎn)換器3K轉(zhuǎn)換完成；當(dāng)控制信號配置和重構(gòu)IO位分辨率時，則把第一 采樣保持電路2送來的模擬信號經(jīng)開關(guān)S3直接送給第3級轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 同時斷開S 1 、 S 2、 S 4~ S 7，并使第1級轉(zhuǎn)換器3A和第2級轉(zhuǎn)換器3B處 于不工作狀態(tài)；當(dāng)控制信號配置和重構(gòu)9位分辨率時，則把第一采樣保持 電路2送來的模擬信號經(jīng)開關(guān)S 4直接送給第4級轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時斷 開S 1~S 3、S 5 S 7，并使第1級轉(zhuǎn)換器3A 第3級轉(zhuǎn)換器處于不工作狀態(tài); 當(dāng)控制信號配置和重構(gòu)8位分辨率時，則把第一采樣保持電路2送來的模擬信號經(jīng)開關(guān)S 5直接送給第5級轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時斷開S 1~S 4、 S 6、 S7，并使第1級轉(zhuǎn)換器3A 第4級轉(zhuǎn)換器處于不工作狀態(tài)；當(dāng)控制信號配 置和重構(gòu)7位分辨率時，則把第一采樣保持電路2送來的模擬信號經(jīng)開關(guān) S6直接送給第6級轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時斷開S 1~S 5、 S 7，并使第1級 轉(zhuǎn)換器3A 第5級轉(zhuǎn)換器處于不工作狀態(tài)；當(dāng)控制信號配置和重構(gòu)6位分 辨率時，則把第一采樣保持電路2送來的模擬信號經(jīng)開關(guān)S 7直接送給第7 級轉(zhuǎn)換器3G進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時斷開S1 S6，并使第1級轉(zhuǎn)換器3A 第6級 轉(zhuǎn)換器處于不工作狀態(tài)。i取值為ll、 10、 ....... 7時，可控流水線電路3的分辨率位數(shù)的具體配置和重構(gòu)情況與i取值為12時的具體配置和重構(gòu)情況類似。延時校正電路4的輸入信號為來自重構(gòu)配置控制電路1的非交疊時鐘 信號及來自可控流水線電路3的數(shù)字信號，其主要功能是對可控流水線電 路3中各級轉(zhuǎn)換器輸出的帶冗余位的數(shù)字信號進(jìn)行延時，從而使這些數(shù)字 信號同步到達(dá)數(shù)字校正電路并進(jìn)行校正，最終輸出一組相應(yīng)位數(shù)(6 i位) 的數(shù)字信號，并傳送給后面的基帶處理器做進(jìn)一步的處理。由于可控流水 線電路3中的各級轉(zhuǎn)換器是在非交疊時鐘的控制下交替工作的，也即前一 級采樣(或者保持)時后一級保持(或者采樣)，并且前一級采樣(或者保 持)和后一級保持(或者采樣)總是同時進(jìn)行，這樣后一級相對于前一級 就有半個時鐘周期的延時，為了使每級轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號同步到達(dá)數(shù) 字校正電路就必須對較前的各級轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行延時對齊；而 數(shù)字校正電路則可以在很大程度上消除模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)存在的失調(diào)和誤差， 從而使模數(shù)轉(zhuǎn)換器達(dá)到更高的精度。如圖2所示，重構(gòu)配置控制電路l包括寄存器重構(gòu)控制電路ll、采樣 頻率配置電路12和分辨率配置電路13，它們可以通過具體的時序邏輯電路 和組合邏輯電路來實現(xiàn)。寄存器重構(gòu)控制電路11主要根據(jù)輸入的重構(gòu)控制 信號C1產(chǎn)生一組配置信號送給采樣頻率配置電路12和分辨率配置電路13; 采樣頻率配置電路12主要根據(jù)來自寄存器重構(gòu)控制電路11的配置信號及 輸入的時鐘信號C2產(chǎn)生一組非交疊時鐘信號，送給第一采樣保持電路2、 可控流水線電路3、延時校正電路4，作為它們的時鐘信號，并通過控制非交疊時鐘信號的頻率來達(dá)到動態(tài)配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率的大?。环直媛?配置電路13主要根據(jù)來自寄存器重構(gòu)控制電路11的配置信號，產(chǎn)生一組 控制信號，送給第一采樣保持電路2、可控流水線電路3，并通過這組信號 來控制這些電路中相應(yīng)模塊的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率位數(shù) 的動態(tài)配置和重構(gòu)。如圖3所示，第1級轉(zhuǎn)換器3A 第i-2級轉(zhuǎn)換器3J中每一級轉(zhuǎn)換器都 包括第二采樣保持電路21、子模數(shù)轉(zhuǎn)換器22、數(shù)模轉(zhuǎn)換器23、減法器24 及余量增益電路25。其中第二采樣保持電路21主要是對輸入的模擬信號 進(jìn)行采樣并保持，之后將其采樣保持值送給減法器24;子模數(shù)轉(zhuǎn)換器22主 要對輸入的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一組與之相應(yīng)的帶有冗余位的數(shù) 字信號，并將其送給延時校正電路4及數(shù)模轉(zhuǎn)換器23;數(shù)模轉(zhuǎn)換器23主要 是對子模數(shù)轉(zhuǎn)換器22送來的數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個與之相應(yīng)的模擬 信號，并將其送給減法器24;減法器24主要是將第二采樣保持電路21送 來的模擬信號與數(shù)模轉(zhuǎn)換器23送來的模擬信號相減，得到一個余量，再將 其送給余量增益電路25;余量增益電路25主要是對減法器24送來的余量 信號進(jìn)行放大，得到一個余量增益信號并送給下一級轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的整體處理流程如下首先，圖1中的重構(gòu)控制信號C1送給寄 存器重構(gòu)控制電路11，產(chǎn)生一組配置信號，該配置信號結(jié)合時鐘信號C2 經(jīng)采樣頻率配置電路12處理后產(chǎn)生一組非交疊時鐘信號，作為整個模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的時鐘信號，并通過控制非交疊時鐘信號的頻率來實現(xiàn)采樣頻率大小 的配置；與此同時，配置信號經(jīng)分辨率配置電路13處理后產(chǎn)生一組控制信 號，來控制第一采樣保持電路2及可控流水線電路3中各級轉(zhuǎn)換器的工作 狀態(tài)，從而實現(xiàn)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率位數(shù)的配置和重構(gòu)；之后，第一 采樣保持電路2以配置之后的非交疊時鐘信號對輸入的模擬信號C3進(jìn)行采 樣并保持，并將采樣保持值送給可控流水線電路3;可控流水線電路3按照 配置重構(gòu)之后的分辨率位數(shù)對接收到的采樣保持值進(jìn)行量化，其中，接收 到第一采樣保持電路2送來的模擬信號的那一級轉(zhuǎn)換器先由子模數(shù)轉(zhuǎn)換器 22進(jìn)行粗略量化，輸出兩位數(shù)字信號送給延時校正電路4，同時這兩位數(shù) 字信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換之后的模擬信號與第二采樣保持電路21保持的模擬信號經(jīng)減法器24相減之后，得到一個余量信號，再經(jīng)余量增益電路25 放大之后，送給下一級轉(zhuǎn)換器再進(jìn)行粗略量化，以此類推，直至第i-l級流 水線3K轉(zhuǎn)換完成輸出兩位數(shù)字信號；接著，延時校正電路4對可控流水線 電路3中各級轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號進(jìn)行延時對齊，使其同步到達(dá)數(shù)字校 正電路并進(jìn)行校正，最終輸出6 i位相應(yīng)的數(shù)字信號Dl。如圖4所示，本發(fā)明可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的實例為在基于IEEE 802.11a/b/g協(xié)議的無線收發(fā)器中，輸入射頻信號C4可能 是符合IEEE 802.11b、IEEE 802.1 lg協(xié)議的2.4GHz信號，也可能是符合IEEE 802.11a、 IEEE802.11g協(xié)議的5GHz信號。輸入射頻信號C4首先進(jìn)行模式 探測，從而判斷出該輸入射頻信號是處于2.4 GHz頻段還是處于5 GHz頻 段，并產(chǎn)生一個重構(gòu)控制信號Cl送給可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換 器；與此同時，模式探測之后的射頻信號還送給低噪放大器進(jìn)行放大，放 大之后的射頻信號再送給混頻器，經(jīng)混頻器降頻之后的模擬信號再送給可 變增益放大器，經(jīng)可變增益放大器處理之后得到模擬信號C3并送給可動態(tài) 配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器；可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(以i 取12為例)根據(jù)模式探測送來的重構(gòu)控制信號Cl來自動對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 采樣頻率大小和分辨率位數(shù)進(jìn)行配置如果輸入信號是處于2.4 GHz頻段， 則通過寄存器重構(gòu)控制電路11和采樣頻率配置電路12產(chǎn)生一組40 MHz 的非交疊時鐘信號作為整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時鐘信號，并通過分辨率配置電 路13產(chǎn)生一組控制信號，使開關(guān)S1、 S2、 S4 S7斷開，同時使第l級轉(zhuǎn) 換器3A和第2級轉(zhuǎn)換器3B處于不工作狀態(tài)，第一采樣保持電路2的采樣 保持值經(jīng)開關(guān)S 3送給第3級轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成之后再送給下一級 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，直至第11級流水線3K轉(zhuǎn)換完成，之后再將第3級轉(zhuǎn)換 器~第11級轉(zhuǎn)換器3K輸出的數(shù)字信號送給延時校正電路4，經(jīng)延時對齊及 數(shù)字校正之后，得到最終的IO位數(shù)字信號DI;如果輸入信號是處于5 GHz 頻段，則通過寄存器重構(gòu)控制電路11和采樣頻率配置電路12產(chǎn)生一組60 MHz的非交疊時鐘信號作為整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時鐘信號，并通過分辨率配 置電路13產(chǎn)生一組控制信號，使開關(guān)S1 S4、 S6、 S7斷開，同時使第l級轉(zhuǎn)換器3A 第4級轉(zhuǎn)換器處于不工作狀態(tài)，第一采樣保持電路2的采樣 保持值經(jīng)開關(guān)S 5送給第5級轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成之后再送給下一級 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，直至第11級流水線3K轉(zhuǎn)換完成，之后再將第5級轉(zhuǎn)換 器~第11級轉(zhuǎn)換器3K輸出的數(shù)字信號送給延時校正電路4，經(jīng)延時對齊及 數(shù)字校正之后，得到最終的8位數(shù)字信號D1。最后，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號 Dl被送給基帶處理器做進(jìn)一步的處理。這樣原來需要40 MHz采樣頻率、 10位分辨率以及60MHz采樣頻率、8位分辨率兩個不同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，現(xiàn) 在用一個可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過對其采樣頻率及分辨率 位數(shù)進(jìn)行配置就實現(xiàn)了，這極大地減小了無線收發(fā)器SoC芯片的面積，同 時，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)配置過程中根據(jù)需要關(guān)斷了沒有用到的電路模塊， 這也有效的減小了 SoC芯片的功耗。本應(yīng)用實例雖然是選的一個優(yōu)化實施 例，但是本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不局限于上述例子，還可以 在更多的應(yīng)用場合、更多的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)采樣頻率和分辨率位數(shù)的動態(tài) 配置。
權(quán)利要求
1、一種可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于它包括重構(gòu)配置控制電路(1)、第一采樣保持電路(2)、可控流水線電路(3)和延時校正電路(4)；重構(gòu)配置控制電路(1)根據(jù)接收的重構(gòu)控制信號及時鐘信號對流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率大小及分辨率位數(shù)進(jìn)行動態(tài)配置和重構(gòu)，產(chǎn)生一組非交疊時鐘信號和一組控制信號，并分別傳送給第一采樣保持電路(2)、可控流水線電路(3)和延時校正電路(4)；第一采樣保持電路(2)接收外部輸入的待轉(zhuǎn)換的模擬信號，利用重構(gòu)配置控制電路(1)提供的非交疊時鐘信號，對輸入的待轉(zhuǎn)換的模擬信號進(jìn)行采樣并保持半個周期，并將保持的電壓值送給可控流水線電路(3)，第一采樣保持電路(2)根據(jù)重構(gòu)配置控制電路(1)提供的控制信號，處于工作或關(guān)斷狀態(tài)；可控流水線電路(3)包括i-1級轉(zhuǎn)換器，其中，7≤i≤12；它根據(jù)來自重構(gòu)配置控制電路(1)的控制信號，對分辨率位數(shù)進(jìn)行配置和重構(gòu)，并按照配置重構(gòu)之后的分辨率位數(shù)對第一采樣保持電路(2)送來的電壓值進(jìn)行分級量化，輸出相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字信號，并傳送給延時校正電路(4)；延時校正電路(4)接收來自重構(gòu)配置控制電路(1)的非交疊時鐘信號及來自可控流水線電路(3)的數(shù)字信號，對可控流水線電路(3)中各級轉(zhuǎn)換器輸出的帶冗余位的數(shù)字信號進(jìn)行延時并進(jìn)行校正，輸出一組相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特 征在于可控流水線電路(3)包括i-l級轉(zhuǎn)換器及i-5個開關(guān)，根據(jù)不同的 控制信號，實現(xiàn)6~i位共i-5種不同位數(shù)分辨率的配置和重構(gòu)；第1級轉(zhuǎn)換器根據(jù)重構(gòu)配置控制電路(1)提供的非交疊時鐘信號對接 收到的第一采樣保持電路(2)的采樣保持值進(jìn)行量化，產(chǎn)生一組送給延時校正電路(4)的帶有冗余位的數(shù)字信號和一個送給下一級轉(zhuǎn)換器的余量增 益信號；第1級轉(zhuǎn)換器根據(jù)重構(gòu)配置控制電路(1)提供的控制信號，處于 工作或關(guān)斷狀態(tài)；第2級轉(zhuǎn)換器至第i-2級轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和功能同第1級轉(zhuǎn)換器相同，它 們根據(jù)重構(gòu)配置控制電路(1)提供的非交疊時鐘信號對接收到的前面一級 轉(zhuǎn)換器的余量增益信號進(jìn)行量化，產(chǎn)生一組送給延時校正電路(4)的帶有 冗余位的數(shù)字信號和一個送給下一級轉(zhuǎn)換器的余量增益信號；第2級轉(zhuǎn)換 器 第i-5級轉(zhuǎn)換器根據(jù)重構(gòu)配置控制電路(1)提供的控制信號接收來自第 一采樣保持電路(2)的模擬信號或者前面一級轉(zhuǎn)換器送來的模擬信號；第 2級轉(zhuǎn)換器 第i-2級轉(zhuǎn)換器根據(jù)重構(gòu)配置控制電路(1 )提供的控制信號， 處于工作或關(guān)斷狀態(tài)；第i-l級轉(zhuǎn)換器為一個全并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其根據(jù)重構(gòu)配置控制電路 (1)提供的非交疊時鐘信號對接收到的前面一級轉(zhuǎn)換器的余量增益信號進(jìn) 行量化，產(chǎn)生一組送給延時校正電路(4)的不帶有冗余位的數(shù)字信號；第 i-l級轉(zhuǎn)換器根據(jù)重構(gòu)配置控制電路(1)提供的控制信號，處于工作或關(guān)斷 狀態(tài)；控制信號配置和重構(gòu)i位分辨率時，可控流水線電路(3)將接收的第 一采樣保持電路(2)的模擬信號經(jīng)開關(guān)S 1直接送給第1級轉(zhuǎn)換器，同時 斷開開關(guān)S 2~ S i-5，第1級轉(zhuǎn)換器對接收的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一組送 給延時校正電路(4)的數(shù)字信號，同時產(chǎn)生一個余量增益信號送給下一級 轉(zhuǎn)換器作為其輸入信號，以此類推，直至第i-l級轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成；控制信號配置和重構(gòu)i-l位分辨率時，可控流水線電路(3)將接收的第一采樣保 持電路(2)的模擬信號經(jīng)開關(guān)S2直接送給第2級轉(zhuǎn)換器，同時斷開其它 的開關(guān)，并使第1級轉(zhuǎn)換器處于不工作狀態(tài)，第2級轉(zhuǎn)換器對接收的模擬 信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一組數(shù)字信號，同時產(chǎn)生一個余量增益信號送給下一級 轉(zhuǎn)換器作為其輸入信號，以此類推，直至第i-l級轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成；......；控制信號配置和重構(gòu)6位分辨率時，可控流水線電路(3)將接收的第一采 樣保持電路(2)的模擬信號經(jīng)開關(guān)S i-5直接送給第i-5級轉(zhuǎn)換器，同時斷 開S 1 S i-6，并使第1級轉(zhuǎn)換器至第i-6級轉(zhuǎn)換器處于不工作狀態(tài)，第i-5級轉(zhuǎn)換器對接收的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一組數(shù)字信號，同時產(chǎn)生一個余 量增益信號送給下一級轉(zhuǎn)換器作為其輸入信號，以此類推，直至第i-l級轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換完成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特 征在于可控流水線電路(3)中的各級轉(zhuǎn)換器均包括第二采樣保持電路(21)、子模數(shù)轉(zhuǎn)換器(22)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(23)、減法器(24)及余量增益 電路(25);第二采樣保持電路(21)用于對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣并保持，之 后將其采樣保持值送給減法器(24);子模數(shù)轉(zhuǎn)換器(22)用于對輸入的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一組 與之相應(yīng)的帶有冗余位的數(shù)字信號，并將其送給延時校正電路(4)及數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(23);數(shù)模轉(zhuǎn)換器(23)用于對子模數(shù)轉(zhuǎn)換器(22)送來的數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，產(chǎn)生一個與之相應(yīng)的模擬信號，并將其送給減法器(24);減法器(24)用于對第二采樣保持電路(21)送來的模擬信號與數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(23)送來的模擬信號進(jìn)行相減得到一個余量信號，并將其送給余 量增益電路(25);余量增益電路(25)用于對減法器(24)送來的余量信號進(jìn)行放大， 得到一個余量增益信號并送給下一級轉(zhuǎn)換器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換 器，其特征在于重構(gòu)配置控制電路(1)包括寄存器重構(gòu)控制電路(11)、 采樣頻率配置電路(12)和分辨率配置電路(13);寄存器重構(gòu)控制電路(11)根據(jù)輸入的重構(gòu)控制信號產(chǎn)生一組配置信 號送給采樣頻率配置電路(12)和分辨率配置電路(13);采樣頻率配置電路(12)根據(jù)來自寄存器重構(gòu)控制電路(11)的配置 信號及輸入的時鐘信號產(chǎn)生一組非交疊時鐘信號，分別傳送給第一采樣保 持電路(2)、可控流水線電路(3)和延時校正電路(4)，作為它們的時鐘信號，并通過控制非交疊時鐘信號的頻率來動態(tài)配置地模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率的大小；分辨率配置電路(13)根據(jù)來自寄存器重構(gòu)控制電路(11)的配置信號， 產(chǎn)生一組控制信號，傳送給第一采樣保持電路(2)和可控流水線電路(3)， 控制其工作狀態(tài)，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率位數(shù)的動態(tài)配置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可動態(tài)配置自重構(gòu)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括重構(gòu)配置控制電路、采樣保持電路、可控流水線電路和延時校正電路?？煽亓魉€電路包括6～11級轉(zhuǎn)換器，根據(jù)來自重構(gòu)配置控制電路的控制信號，對分辨率位數(shù)進(jìn)行配置和重構(gòu)，并對采樣保持電路送來的電壓值進(jìn)行分級量化，輸出相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字信號，傳送給延時校正電路。根據(jù)輸入信號的頻率范圍以及應(yīng)用場合的需要，通過重構(gòu)控制信號自動地配置和重構(gòu)出模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率大小及分辨率位數(shù)，將沒有用到的模塊自動關(guān)斷；當(dāng)輸入信號分別處于幾個不同頻段范圍、遵循不同協(xié)議時，本發(fā)明可代替多個傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，提高了電路的可重用性，并有利于芯片面積的減小及功耗的降低。
文檔編號H03M1/12GK101247125SQ200710168668
公開日2008年8月20日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者張科峰, 夢 蔡, 鄒雪城 申請人:華中科技大學(xué)