本發(fā)明系關(guān)于一種三角積分調(diào)制器架構(gòu)及其實現(xiàn)方法，特別是一種結(jié)合低功耗表現(xiàn)與延伸動態(tài)范圍的三角積分調(diào)制器架構(gòu)及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著集成電路設(shè)計與制程技術(shù)演進，三角積分調(diào)制器(Sigma-delta modulators)的應用范疇大幅增加，從音頻信號處理的電路如隨身聽、音響、醫(yī)療用的助聽器到生醫(yī)儀器如心電信號量測儀器上都可以看到三角積分調(diào)制器的應用。同時，集成電路設(shè)計的演進不但講求高效率，更要求低成本、低功耗，因此如何完善的設(shè)計出符合需求的產(chǎn)品也是設(shè)計者的重要考慮。

在現(xiàn)今的技術(shù)中，大多只能為電路做單一功能的提升，例如在增加動態(tài)范圍時常用的設(shè)計方法為使用多重反饋(Multiple Feedback)架構(gòu)并結(jié)合前饋路徑(Feedforward Path)與級間反饋(Local Feedback)，因此會大大增加電路面積與功率消耗。另外在傳統(tǒng)動態(tài)范圍延長的設(shè)計技術(shù)中多是針對量化器去做新設(shè)計，又或者根據(jù)特定的需求去重新設(shè)計硬件并訂定架構(gòu)，然而這樣一來在設(shè)計過程中往往會耗費大量時間而間接提高了設(shè)計成本。

因此，如何提出一種新的三角積分調(diào)制器架構(gòu)及其實現(xiàn)方法以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中為增加三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍而使電路面積大幅增加、功耗增加，抑或根據(jù)特定需求重新設(shè)計硬件而使設(shè)計時間和成本增加等諸多缺失，實已成為目前業(yè)界亟待解決的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)及其低功耗電路實現(xiàn)方法與自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法，其能有效延伸動態(tài)范圍且符合低功耗要求的。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)及其低功耗電路實現(xiàn)方法與自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法，其架構(gòu)精簡，能達到降低集成電路設(shè)計面積的要求，進而降低電路設(shè)計成本。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)及其低功耗電路實現(xiàn)方法與自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法，其架構(gòu)引入動態(tài)校正的特征，以免去前級放大器的設(shè)計，進而降低模擬信號處理系統(tǒng)的設(shè)計成本。

為達上述及其他目的，本發(fā)明提供一種自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)，其包括：三角積分調(diào)制單元，以三角積分調(diào)制方式轉(zhuǎn)換模擬信號及數(shù)字信號；積分器單元，利用連續(xù)三角積分架構(gòu)算法推算的系數(shù)進行信號處理；以及自動更正單元，根據(jù)所述三角積分調(diào)制單元中的系統(tǒng)輸出信號強度，用以比對所述三角積分調(diào)制單元中的系統(tǒng)輸入信號規(guī)格以找出多組動態(tài)范圍曲線，并依該些動態(tài)范圍曲線擷取出多組前饋系數(shù)與系統(tǒng)階數(shù)的組合，以延伸所述三角積分調(diào)制單元中的系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

本發(fā)明的自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)中的自動更正單元采用數(shù)字電路架構(gòu)設(shè)計，其包括：數(shù)字信號處理器，對所述三角積分調(diào)制單元的系統(tǒng)輸出信號進行濾除噪聲處理，并監(jiān)控所述系統(tǒng)輸出信號強度；計數(shù)器與緩存器陣列，所述計數(shù)器用于計算接受所述數(shù)字信號處理器的所傳信號與輸出緩存器陣列儲存值的時間，緩存器陣列儲存所述數(shù)字信號處理器所傳的信號值；比較器，用于將所述緩存器陣列輸出的信號值與系統(tǒng)參考信號值進行比較，輸出數(shù)字碼；數(shù)字系數(shù)控制器，接收所述數(shù)字碼，用于切換前饋增益調(diào)控單元與系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元以調(diào)整多組前饋系數(shù)與系統(tǒng)階數(shù)；前饋增益調(diào)控單元與系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元，用于接受所述數(shù)字系數(shù)控制器的操作，透過系統(tǒng)階數(shù)與不同前饋系數(shù)的組合，延伸系統(tǒng)動態(tài)范圍；以及積分器調(diào)控單元，用于動態(tài)調(diào)整所述積分器單元的電路系數(shù)，進而對系統(tǒng)功耗進行控制。

于本發(fā)明中，所述前饋增益控制單元儲存有多組前饋系數(shù)，當所述輸出的信號值較參考信號值所發(fā)生的改變超出預設(shè)值時，所述數(shù)字系數(shù)控制器觸發(fā)所述前饋增益控制單元將當前所使用之前饋系數(shù)切換成另一組前饋系數(shù)，或者觸發(fā)所述系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元將當前所使用的系統(tǒng)階數(shù)切換成另一個系統(tǒng)階數(shù)。

本發(fā)明的自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)中的自動更正單元系動態(tài)監(jiān)測所述系統(tǒng)輸出信號強度，當所述系統(tǒng)輸出信號強度改變，透過所述自動更正單元降低或提升系統(tǒng)階數(shù)，以節(jié)省系統(tǒng)功耗。

所述積分器單元中各級積分器架構(gòu)采用連續(xù)時間轉(zhuǎn)導電容式放大器作為設(shè)計基礎(chǔ)進行架構(gòu)，并搭配超取樣(Oversampling)技術(shù)與噪聲整形(Noise Shaping)技術(shù)。

本發(fā)明自動更正動態(tài)范圍的三角積分調(diào)制器架構(gòu)的自動更正單元中的計數(shù)器與緩存器陣列，所述計數(shù)器控制每過一段時間則進行所述數(shù)字信號處理器單元的輸出值儲存，當所述計數(shù)器計算到一預設(shè)周期時，則將所述緩存器所存的輸出峰值送至所述比較器進行比較。

本發(fā)明還提出一種自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法，包括：藉由動態(tài)延伸算法將系統(tǒng)輸出信號與系統(tǒng)輸入信號進行比較以及算出多組動態(tài)范圍曲線，并依此擷取出 適合的系統(tǒng)階數(shù)與前饋系數(shù)的組合進行儲存；系統(tǒng)輸入一預設(shè)信號并給予一組系統(tǒng)階數(shù)與前饋系數(shù)進行系統(tǒng)電路調(diào)整與初始化；動態(tài)監(jiān)測三角積分調(diào)制器輸出信號強度，當所述輸出信號強度變化不超過一預設(shè)值時，則保持初始前饋系數(shù)與系統(tǒng)階數(shù)，否則進行前饋系數(shù)、系統(tǒng)階數(shù)切換，直至系統(tǒng)穩(wěn)定并達到功耗/效能平衡。

本發(fā)明的自動更正且延伸三角積分器動態(tài)范圍的方法，當進行前饋系數(shù)、系統(tǒng)階數(shù)切換時，優(yōu)先進行前饋系數(shù)切換，直至所儲存的所有前饋系數(shù)使用完畢系統(tǒng)還未達到效能/功耗平衡時，方執(zhí)行系統(tǒng)階數(shù)切換。

本發(fā)明的自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法所利用的動態(tài)延伸算法透過數(shù)字電路實現(xiàn)，所述數(shù)字電路包括數(shù)字信號處理器、計數(shù)器與緩存器陣列、比較器、數(shù)字系數(shù)控制器、前饋增益調(diào)控單元與系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元以及積分器調(diào)控單元。

更進一步地，本發(fā)明自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法，可根據(jù)所述輸出信號強度大小，進行系統(tǒng)階數(shù)切換，以達到降低或提升系統(tǒng)階數(shù)。

在上述本發(fā)明三角積分調(diào)制器基礎(chǔ)上，還提出所述自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)的低功耗電路實現(xiàn)方法，包括：檢測該三角積分調(diào)制器系統(tǒng)輸出信號，并確認所述輸出信號質(zhì)量是否符合設(shè)定規(guī)格，若符合則維持使用所記錄的系統(tǒng)系數(shù)；若不符合則記錄當前系統(tǒng)系數(shù)，并調(diào)整該三角積分調(diào)制器架構(gòu)中的各級積分器增益；以及檢測調(diào)整后的系統(tǒng)輸出信號，并再次確認所述系統(tǒng)輸出信號質(zhì)量是否符合設(shè)定規(guī)格，如符合則維持使用所記錄的系統(tǒng)系數(shù)；若不符合則執(zhí)行上述記錄當前系統(tǒng)系數(shù)并繼續(xù)調(diào)整系統(tǒng)各級積分器增益的步驟，直到該系統(tǒng)輸出信號的質(zhì)量符合設(shè)定規(guī)格。

由上述說明可知，三角積分調(diào)制器架構(gòu)中自動更正單元的設(shè)計機制引入了寬動態(tài)延伸算法的概念，此算法會檢驗三角積分調(diào)制器架構(gòu)系統(tǒng)輸出的信號的規(guī)格及其頻域分布范圍，并比對欲達成的規(guī)格與本身的系統(tǒng)設(shè)計，依此產(chǎn)生多組動態(tài)范圍曲線。并由適用于系統(tǒng)的動態(tài)范圍曲線擷取出可組合之前饋系數(shù)組合與系統(tǒng)架構(gòu)階數(shù)。此算法的特點在于對系統(tǒng)進行校正時不會影響到該系統(tǒng)的穩(wěn)定度，即透過改變前饋系數(shù)只會改變信號轉(zhuǎn)移函式的零點，信號轉(zhuǎn)移函式的極點，亦即量化噪聲轉(zhuǎn)移函數(shù)的極點并不會受到影響。因此在保有系統(tǒng)穩(wěn)定度的情況下，本發(fā)明能針對系統(tǒng)不同的輸出信號強度進行自動更正進而優(yōu)化地延伸該系統(tǒng)的效能。而自動更正單元中的數(shù)字信號處理器會在系統(tǒng)運作時偵測系統(tǒng)的輸出信號強度并送至計數(shù)器與緩存器陣列，由計數(shù)器與緩存器對輸出信號在一時間周期內(nèi)進行采樣處理，并將該周期內(nèi)的采用最大值(即輸出峰值)輸出給比較器進而輸出的數(shù)字碼控制數(shù)字系數(shù)控制器單元與系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元，使得數(shù)字系數(shù)控制器單元調(diào)整系統(tǒng)階數(shù)或?qū)η梆佋鲆嬲{(diào)控單元進行操作引 入新產(chǎn)生之前饋系數(shù)將原本之前饋系數(shù)取代掉，進而達到自動調(diào)制前饋系數(shù)并延伸動態(tài)范圍的目的。

另一方面，本發(fā)明采用了可調(diào)式的三角積分調(diào)制器架構(gòu)，對系統(tǒng)的效能平衡觀點有更深一層的考慮。在寬動態(tài)延伸算法中，透過調(diào)整架構(gòu)與前饋系數(shù)來達成輸出高分辨率的要求，而引入可調(diào)式的系統(tǒng)架構(gòu)的應用情境為，當系統(tǒng)輸出信號強度夠大時則沒有使用高階三角積分調(diào)制單元進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的必要性，亦即使用低階架構(gòu)可以有效減少系統(tǒng)的功率消耗；反的，當輸出信號強度較弱時則進行階數(shù)提升以提升系統(tǒng)表現(xiàn)。因此本發(fā)明注重于整體效能的表現(xiàn)，特別是著重于擁有良好的信號分辨率與低功耗設(shè)計技術(shù)。

此外，本發(fā)明在系統(tǒng)低功耗實現(xiàn)上，除了采用上述自動更正單元來切換系統(tǒng)階數(shù)與前饋系數(shù)外，還提出可編程(Programmable)的放大器(即可編程的三角積分調(diào)制器)，透過一電路算法，能將電路中的非理想效應納入考慮；而透過建立電路規(guī)格與非理想效應整合的模擬環(huán)境能夠較精準的獲得系數(shù)與效能、功耗對應的模型，在自動更正單元切換電路規(guī)格時能使系統(tǒng)效能優(yōu)化達到低功耗而兼具效能的表現(xiàn)。

以下將藉由具體實施例搭配所附的圖式詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其所達成的功效。

附圖說明

圖1A及圖1B為本發(fā)明自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)執(zhí)行三角積分器架構(gòu)設(shè)計算法與自動更正延伸動態(tài)范圍的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明的自動更正動態(tài)范圍的三角積分調(diào)制器架構(gòu)方塊圖。

圖3為本發(fā)明自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法中進行信號質(zhì)量的再確認處理的流程圖。

圖4用以說明應用本發(fā)明自動更正且延伸三角積分調(diào)制器動態(tài)范圍的方法于三角積分調(diào)制器內(nèi)建的放大器電路實現(xiàn)方法流程圖。

組件標號說明

201 減法器

202 積分器單元

203 放大器

204 加法器與量化器

205 數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器

206 數(shù)字信號處理器

207 計數(shù)器與緩存器陣列

208 比較器

209 數(shù)字系數(shù)控制器

210 前饋增益調(diào)控單元

211 積分器調(diào)控單元

212 系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元

G1～Gn 交換電容式積分器

S1～Sn 開關(guān)

S101～S117 步驟

S301～S305 步驟

S401～S408 步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

本發(fā)明提供了一種新型的三角積分調(diào)制器架構(gòu)與其實現(xiàn)方法，特別是針對系統(tǒng)架構(gòu)的初始化與當輸出信號強度發(fā)生變動時電路能做出相對應調(diào)整的高效能算法，其作法為透過一自動更正單元執(zhí)行一動態(tài)延伸算法去搜尋多條的動態(tài)范圍曲線，并比對系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)格以獲得三角積分調(diào)制器所需之前饋系數(shù)與系統(tǒng)階數(shù)。當輸出信號強度發(fā)生改變時再透過系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)新增的自動更正單元來自動更正三角積分調(diào)制器之前饋系數(shù)與系統(tǒng)階數(shù)并以此延伸三角積分調(diào)制單元的動態(tài)范圍，進而改善系統(tǒng)效能。

首先，如圖1A及圖1B所示，其為本發(fā)明自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)中自動更正單元(該自動更正單元請容后說明于下述圖2中)所使用的動態(tài)范圍延伸算法進 行三角積分器動態(tài)范圍延伸的流程示意圖，此方法流程包含兩個階段分別為系統(tǒng)初始化與建立前饋系數(shù)數(shù)組階段(如圖1A所示)以及系統(tǒng)開始運作后的操作階段(如圖1B所示)，步驟S101為生理電信號規(guī)格，步驟S102為電路設(shè)計規(guī)格與要求輸入，步驟S103為利用系統(tǒng)行為模擬與設(shè)計規(guī)格進行比對，步驟S104為生成N組系數(shù)數(shù)組與多組寬動態(tài)曲線，步驟S105針對預設(shè)輸入信號給予一組適當?shù)南到y(tǒng)階數(shù)與前饋系數(shù)初始化系統(tǒng)；接著在系統(tǒng)開始運作后的操作階段，步驟S106為系統(tǒng)穩(wěn)定維持原始前饋系數(shù)，步驟S107為判斷本發(fā)明的三角積分調(diào)制器的系統(tǒng)輸出信號強度是否改變，當所述輸出信號強度改變超過s dB(s的值可透過系統(tǒng)行為模擬制定)，步驟S108透過系統(tǒng)行為模擬結(jié)果比對信號強度，步驟S109為依照系統(tǒng)行為模擬并校正動態(tài)范圍，步驟S110為從N組前饋系數(shù)挑選可用系數(shù)，步驟S111為修正系統(tǒng)前饋系數(shù)，步驟S112為判斷修正前饋系數(shù)后所述輸出信號是否符合信號處理規(guī)格，步驟S113為判斷修正前饋系數(shù)后所述三角積分調(diào)制器的系統(tǒng)效能與功耗是否達到平衡，步驟S114為修正系統(tǒng)階數(shù)，步驟S115為判斷修正系統(tǒng)階數(shù)后所述系統(tǒng)輸出信號是否符合信號處理規(guī)格，步驟S116為判斷修正系統(tǒng)階數(shù)后效能與功耗是否達到平衡。本流程會由自動更正單元不斷監(jiān)測系統(tǒng)的輸出信號強度，因此隨時保持在運作階段，而步驟S106表示系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

更詳而言之，本發(fā)明的上述步驟S101、S102、S103、S104、S105為系統(tǒng)初始化與建立前饋系數(shù)的步驟，步驟S101為輸入運用范疇的生理電信號規(guī)格，步驟S102為輸入系統(tǒng)與電路設(shè)計規(guī)格如帶寬與分辨率，步驟S103為將步驟S101、步驟S102輸入的規(guī)格進行系統(tǒng)行為模擬并與設(shè)計規(guī)格進行比對，步驟S104利用步驟S103產(chǎn)生的結(jié)果生成多組動態(tài)范圍曲線并依此生成N組前饋系數(shù)，步驟S105為利用已建立的硬件架構(gòu)在預設(shè)信號輸入時給予一組系統(tǒng)階數(shù)與前饋系數(shù)進行電路的調(diào)整與初始化。圖1B所示步驟S106至S117為系統(tǒng)開始運作后的操作階段，步驟S106為當輸出信號強度不變時，則保持初始之前饋系數(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)階數(shù)，步驟S107當偵測到系統(tǒng)輸出信號強度改變超過s dB時則到下一步驟S108，前述輸出信號可利用如圖2所示的構(gòu)架以其中的計數(shù)器與緩存器陣列207動態(tài)檢測輸出信號峰值；如果輸出信號強度不變或改變不超過s dB時則回到步驟S106，以維持初始之前饋系數(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)階數(shù)，步驟S108為依照系統(tǒng)行為模擬與輸出信號的峰值進行比對，并由步驟S109進行動態(tài)范圍的校正以獲得更好的分辨率，步驟S110則是挑選經(jīng)過步驟S104算法所生成的N組前饋系數(shù)。

步驟S111為將經(jīng)過步驟S110所挑選之前饋系數(shù)代入系統(tǒng)對系統(tǒng)進行修正，步驟S112為判斷代入前饋系數(shù)后的系統(tǒng)是否符合信號處理規(guī)格，若不符合則進到步驟S113，若仍有其他可用系數(shù)時則繼續(xù)代入其他已挑選之前饋系數(shù)，如果系數(shù)組合使用完畢時則進到步驟S115；若信號符合規(guī)格則進到步驟S114，步驟S114為進行效能與功耗的平衡比對，若比對失敗則 回到步驟S111繼續(xù)修正系統(tǒng)之前饋系數(shù)；若是符合則到步驟S106，以維持系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。步驟S115為可用之前饋系數(shù)用盡時系統(tǒng)將會修正系統(tǒng)階數(shù)，接著進到步驟S116以判斷修正系統(tǒng)階數(shù)后是否符合信號處理規(guī)格，如果符合則進到步驟S117進行功耗與效能平衡比對，若不符合則重新回到步驟S111，以挑選其他可用的系統(tǒng)前饋系數(shù)，步驟S117進行修正系統(tǒng)階數(shù)之后的功耗與效能平衡比對，若符合則到步驟S106保持系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)；若不符合則到步驟S111挑選其他可用之前饋系數(shù)繼續(xù)修改系統(tǒng)的參數(shù)。

本發(fā)明的系統(tǒng)建立由寬動態(tài)延伸算法檢驗系統(tǒng)電路設(shè)計要求規(guī)格與生理電信號規(guī)格而成。生理電信號規(guī)格會依據(jù)其所分布的電壓范圍在寬動態(tài)延伸算法中被轉(zhuǎn)換成數(shù)組參考電壓并建立特定供辨識用的數(shù)字碼。而系統(tǒng)電路設(shè)計要求規(guī)格會經(jīng)由寬動態(tài)延伸算法推算出數(shù)組可實現(xiàn)的動態(tài)范圍曲線并依此可得出數(shù)組前饋系數(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)階數(shù)的組合。在獲得生理電信號規(guī)格所產(chǎn)生的參考電壓與數(shù)組前饋系數(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)階數(shù)的組合后，寬動態(tài)延伸算法會將兩者進行比對以擷取出部分可以適用于現(xiàn)在系統(tǒng)架構(gòu)的參數(shù)組合。

本發(fā)明的設(shè)計在于獲取系統(tǒng)效能的平衡，能以最低限制的功耗滿足系統(tǒng)需求。寬動態(tài)延伸算法在系統(tǒng)開始運作時利用自動更正單元動態(tài)判斷輸出信號強度是否改變，如果改變則利用自動更正單元內(nèi)建的計數(shù)器與緩存器陣列在一預定的時間周期內(nèi)周期性采樣系統(tǒng)輸出信號并比較保持該時間周期內(nèi)最大采樣值并輸出給后續(xù)比較器，實現(xiàn)與參考電壓比較并依此生成數(shù)字碼控制數(shù)字系數(shù)控制器，因此能適當?shù)卣{(diào)整前饋系數(shù)與系統(tǒng)階數(shù)。算法的另一設(shè)計在于其效能優(yōu)化的設(shè)定，在追求優(yōu)化分辨率的過程中，須等前饋系數(shù)組合皆被用盡之后才會進行系統(tǒng)階數(shù)的調(diào)整，此為考慮到效能的平衡；反之當信號質(zhì)量較好時則依據(jù)流程調(diào)整系統(tǒng)階數(shù)與前饋系數(shù)以降低功耗，從而使系統(tǒng)達到低功耗而擁有寬動態(tài)范圍的設(shè)計。

接著，如圖2所示，其為本發(fā)明自動更正動態(tài)范圍的低功耗三角積分調(diào)制器架構(gòu)，此為一種數(shù)字校正架構(gòu)，由此架構(gòu)圖可以看出系統(tǒng)輸入信號會進入減法器201，在減法器201中會將輸入信號與經(jīng)過三角積分調(diào)制器處理過的反饋信號相減，并送入并接多級交換電容式積分器(G1、G2、…、Gn)的積分器單元202進行信號處理。在該積分器單元202的每一級交換電容式積分器(G1、G2、…、Gn)輸出會送出到處理各級輸出的放大器203進行信號的增幅，最后送至加法器與量化器204進行信號的迭加與量化取樣。加法器與量化器204的輸出分為二個：一個為送至數(shù)字信號處理器206濾除噪聲后作為系統(tǒng)輸出(作為系統(tǒng)前饋的數(shù)字信號以便自動更正單元在系統(tǒng)運行過程進行動態(tài)偵測)，另一個為經(jīng)由數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器205作為反饋信號傳回減法器201。前述自動更正單元包括：數(shù)字信號處理器206、計數(shù)器與緩存器陣列207、比較器208、數(shù)字系數(shù)控制器209、前饋增益調(diào)控單元210、積分器調(diào)控單元211 與系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元212。

以上主要為信號處理部分，接下來所述為信號與系統(tǒng)動態(tài)范圍自動更正的技術(shù)與其架構(gòu)設(shè)計。首先，如上所述，加法器與量化器204的輸出經(jīng)由數(shù)字信號處理器206信號處理可還原出可供辨識的輸出信號峰值，送至計數(shù)器與緩存器陣列207。所述緩存器陣列負責接收數(shù)字信號處理器206的輸出值并由所述計數(shù)器控制每過一段時間則進行儲存，間隔時間則可由用戶根據(jù)輸入信號自行設(shè)定，以獲得最好效率。當計數(shù)器計算到一定時間周期時，則將緩存器陣列所存的最大輸出峰值送至比較器208進行比較，比較完之后再將數(shù)字碼送至數(shù)字系數(shù)控制器209進行系數(shù)的調(diào)控。數(shù)字系數(shù)控制器209接收所述數(shù)字碼進而控制前饋增益調(diào)控單元210引入適當?shù)脑鲆?，控制系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元212進行系統(tǒng)階數(shù)切換。其原理為將系統(tǒng)輸入信號輸入前饋增益調(diào)控單元210作為基本的信號，并藉由數(shù)字系數(shù)控制器209賦予輸入信號所需的增益，以及合適的系統(tǒng)階數(shù)，藉由前饋系數(shù)與系統(tǒng)階數(shù)的組合以調(diào)整系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

另外從圖2可見積分器調(diào)控單元211，此系與前饋增益調(diào)控單元210共同呈現(xiàn)圖1所述的寬動態(tài)延伸算法。此積分器調(diào)控單元211的操作原理為當系統(tǒng)動態(tài)范圍符合輸入信號的需求，且系統(tǒng)仍有空間進行調(diào)整時，此積分器調(diào)控單元211便會啟動。已知積分器單元202由放大器提供增益而成，而提供足夠的增益需要有電壓、電流的提供，相當于造成功率的消耗，現(xiàn)在當系統(tǒng)輸出足夠大而符合信號處理的需求時，便會影響積分器調(diào)控單元211，使的控制積分器單元202以降低輸出的增益，透過降低電壓、電流來降低增益的此種作法，可以從電路階層降低功率消耗來達到整體系統(tǒng)的優(yōu)化。此處作法不限定于調(diào)整電壓、電流或任何可以影響的放大器效能的參數(shù)或任何特定的機制，本發(fā)明所提出的概念旨在表達透過改變單一單元的功率消耗來達到整體系統(tǒng)的改善。因此，圖2架構(gòu)所示為本發(fā)明的自動更正動態(tài)范圍的三角積分調(diào)制器架構(gòu)的一種實現(xiàn)方式，其三角積分調(diào)制器的階數(shù)可以依據(jù)設(shè)計需求任意調(diào)整至無數(shù)多階，以圖2舉例而言，假設(shè)現(xiàn)在的階數(shù)為三階時，則交換電容式積分器(G1、G2及G3)的開關(guān)(S1、S2及S3)需同時開啟，以便完成三階三角積分調(diào)制器的信號轉(zhuǎn)移函數(shù)，也就是藉由該系統(tǒng)階數(shù)調(diào)控單元212來控制與各級的交換電容式積分器(G1～Gn)連接的開關(guān)(S1～Sn)進而調(diào)整系統(tǒng)的架構(gòu)階數(shù)，而其自我校正單元所述的算法也不限定以此或任何特定電路架構(gòu)為基礎(chǔ)，任何相近本發(fā)明的算法的設(shè)計架構(gòu)皆應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求里。

再者，本發(fā)明的數(shù)字校正技術(shù)乃基于信號的連續(xù)性亦即穩(wěn)定的輸入信號在一段輸入時間T(時間T為時間間隔，其可由用戶自行設(shè)定，根據(jù)信號特性設(shè)定時間T的大小，以確保校正的正確性)內(nèi)并不會做劇烈的改變，如此一來可以透過監(jiān)視信號的輸出來判斷現(xiàn)在系統(tǒng)是否符 合規(guī)定的要求，并進行調(diào)整。

此外，本發(fā)明還提出低功耗與效能用來彌補系統(tǒng)架構(gòu)不夠彈性的一個電路算法。當積分器外部架構(gòu)已透過寬動態(tài)延伸算法達到系統(tǒng)面所能達成的最高效能之后，電路端的算法會因應信號檢測器檢測系統(tǒng)輸出后自動啟動。如圖3所示，其處理步驟可應用于如圖1所示步驟S114或步驟S117時進行信號質(zhì)量的再確認。首先，于步驟S301，在算法一開始算法先檢測系統(tǒng)的輸出信號，確保系統(tǒng)輸出信號質(zhì)量符合規(guī)格，此系接續(xù)寬動態(tài)延伸算法進行信號質(zhì)量的再確認，當規(guī)格符合系統(tǒng)要求之后會進到步驟S302，算法記錄當前系數(shù)，并調(diào)降各級交換電容式積分器(G1、G2、…、Gn)增益；完成之后會進到步驟S303，算法判斷調(diào)整后的信號是否符合規(guī)格，如果不符合則回到步驟S302算法進行調(diào)整增益的動作；反之如果符合系統(tǒng)的信號最低質(zhì)量要求，則進到步驟S304算法，以維持使用在步驟S302中算法已記錄的符合信號最低質(zhì)量規(guī)定的系數(shù)，最后進入步驟S305，本算法結(jié)束。

本算法中步驟S301所提及的確保信號質(zhì)量符合規(guī)格并不限定在特定規(guī)格，任意規(guī)格皆可由用戶自行設(shè)計，故任何類似本算法的信號規(guī)格檢測方式皆應包含至本算法中。步驟S302所提及的調(diào)降各級交換電容式積分器(G1、G2、…、Gn)增益由使用者自行設(shè)定調(diào)整的間隔，并不限定于某一個特定值。本算法采用為動態(tài)偵測與校正的技術(shù)，為達到減少系統(tǒng)與電路功耗的目的，透過不定時間間隔的檢測，以確保本系統(tǒng)能在符合信號質(zhì)量要求的情況下有最好的功耗效果。以上所述為針對現(xiàn)代電子產(chǎn)品尤其是達到使生醫(yī)電子產(chǎn)品對于效能與電源壽命延伸的效果。

本發(fā)明另一特點在于建立對系統(tǒng)架構(gòu)提供效能平衡的輸出，當達到要求規(guī)格達到時，則會尋找其他系數(shù)階數(shù)組合或調(diào)整放大器規(guī)格系數(shù)，以期在同樣效能下能獲得更低功耗的表現(xiàn)。以下揭示為低功耗放大器多組系數(shù)規(guī)格的建立。首先，如圖4所示，在步驟S401使用者需要輸入欲設(shè)計的放大器電路規(guī)格以供后續(xù)建立非理想效應模型的使用；在步驟S402則是將電路本身的非理想效應引入架構(gòu)，其中可包含有限帶寬、非線性轉(zhuǎn)導值、有限單增益帶寬、寄生電容、噪聲等；在步驟S403則是將因為制程限制所造成的非理想效應如系數(shù)變異等納入架構(gòu)模擬的考慮；步驟S404則是建立步驟S402的電路非理想效應與S403與制程非理想效應的非理想效應模型，透過架構(gòu)的模擬進行電路規(guī)格的分析；步驟S405是整合欲設(shè)計的電路規(guī)格與非理想效應模型，并模擬出電路設(shè)計參數(shù)分布范圍；步驟S406會分析步驟S405產(chǎn)生的電路系數(shù)并透過模擬建立出電路設(shè)計參數(shù)與效能分布的對應曲線；步驟S407是將電路設(shè)計參數(shù)帶入整體系統(tǒng)驗證其效能是否符合步驟S406所建立的電路參數(shù)與效能分布的對應曲線；接著，如步驟S408，若驗證完成，則表示考慮非理想效應所產(chǎn)生的系統(tǒng)系數(shù)對應效能的模型已經(jīng)建 立，得到數(shù)組用于降低功耗的最佳電路規(guī)格與其設(shè)計參數(shù)。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。