專利名稱：一種正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
正交正弦信號是一種典型的傳感器輸出信號，由一對相位差為7T/2的正弦信號 組成，即由一個正弦信號和一個余弦信號組成。比如采用霍爾原理的角度傳感器、 加速度傳感器等就輸出正交正弦信號。由于通常的應(yīng)用系統(tǒng)都是線性系統(tǒng)，因此往 往需要將正交正弦信號轉(zhuǎn)換成線性信號之后才能進一步處理。
現(xiàn)有的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路采用高精度ADC將正交正弦信號數(shù)字化，然后 采用傳統(tǒng)的CORDIC算法進行數(shù)字信號處理，得到數(shù)字化的線性信號，最后采用 高精度DAC將數(shù)字化的線性信號轉(zhuǎn)換成模擬線性信號。這種電路往往需要非常多 的硬件資源。另外，由于信號路徑完全依賴ADC、 DAC, j吏最終轉(zhuǎn)換輸出為幅度 量化信號。因此，現(xiàn)有的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路已越來越不能滿足用戶的需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種正交正弦信號轉(zhuǎn) 換電路，以減少消耗的硬件資源，并使得最終輸出為幅度連續(xù)信號。
本發(fā)明所述的一種正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，所述的轉(zhuǎn)換電路包括SH模-塊 (SampleHold,采樣保持電路)、比較器和控制模塊，
所述的SH模塊對從外部接收到的正交正弦信號進行采樣并放大求和，輸 出一電壓信號；
所述的比較器接收從所述SH模塊輸出的電壓信號，并輸出 一比較信號； 所述的控制模塊接收外部的時鐘信號，并根據(jù)從所述比較器接收到的比較
信號，向所述的SH模塊輸出控制信號，使所述的SH模塊根據(jù)該控制信號調(diào)
整^t大增益，并工作在相位判斷模式或信號轉(zhuǎn)換模式。
4在上述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路中，所述的SH模塊包括第一 SC網(wǎng)絡(luò)(Switched Capacitor,開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò))和保持電路，
所述的第一 SC網(wǎng)絡(luò)接收從所述控制模塊輸出的控制信號，在采樣階段的半個時鐘周期內(nèi)對所述的正交正弦信號進行采樣，并在保持階段的半個時鐘周期內(nèi)向所述的保持電路輸出第一采樣信號；
所述的保持電路接收從所述控制模塊輸出的控制信號，并輸出所述的電壓信號。
在上述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路中，所述的SH模塊還包括第二SC網(wǎng)絡(luò)，該第二 SC網(wǎng)絡(luò)接收從所迷控制模塊輸出的控制信號，在采樣階段的半個時鐘周期內(nèi)對外部輸入的參考電壓進行采樣，并在保持階段的半個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生第二采樣信號，并與所述的第一釆樣信號疊加后輸出到所述的保持電路。
在上述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路中，所述的控制模塊包括分頻計數(shù)器、移位寄存器和解碼器，
所述的分頻計數(shù)器對所述的時鐘信號進行分頻計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果輸出到所述的解碼器；
所述的移位寄存器接收從所述比較器輸出的比較信號和所述的時鐘信號，并向所述的解碼器輸出一組移位信號；
所述的解碼器接收所述的時鐘信號，并輸出所述的控制信號。
在上述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路中，所述的分頻計數(shù)器的一個分頻周期內(nèi)共包含M+N個時鐘周期，在前M個時鐘周期內(nèi)，所述的解碼器向所述SH模塊輸出使之工作在相位判斷;f莫式的相位控制信號，在后N個時鐘周期內(nèi)，所述的解碼器向所述SH模塊輸出使之工作在信號轉(zhuǎn)換模式的轉(zhuǎn)換控制信號，其中，M、 N均為自然數(shù)。
在上述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路中，所述的轉(zhuǎn)換電路還包括NRSH模塊(No-reseted Sample Hold,不復(fù)位的采樣保持電路)，該NRSH才莫塊接收從所述控制模塊輸出的分頻時鐘信號以及從所述的SH模塊輸出的電壓信號，并轉(zhuǎn)換成一連續(xù)時間輸出信號。
由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明通過采用傳統(tǒng)的開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的SH模塊作為整個轉(zhuǎn)化電路的輸入級，有利于對輸入信號進行各種線性求和轉(zhuǎn)換；同時本發(fā)明可以消耗較少的硬件資源，例如一個典型的采用CORDIC算法的轉(zhuǎn)換電路中，數(shù)字電路部分的規(guī)模在20K門左右，模擬電路部分的規(guī)模不少于4個SH模塊，本發(fā)明的數(shù)字電路部分規(guī)模在0.2&門左右；而模擬電路部分不超過2個SH模塊。另外，由于信號路徑中保留了模擬信號的通路，使得最終輸出為幅度連續(xù)信號。


圖l是本發(fā)明正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路的最佳實施例的電路圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的最佳實施例進行詳細說明。
如圖l所示，本發(fā)明，即一種正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，包括SH模塊lOl、比較器102、控制模塊103和NRSH模塊104,其中，
SH模塊101用于對從外部接收到的正交正弦信號進行采樣并放大求和，最終輸出一電壓信號Vout;
比較器102用于接收從SH模塊101輸出的電壓信號Vout,并輸出一比較
信號；
控制模塊103用于接收外部的時鐘信號clk,并根據(jù)從比較器102接收到的比較信號，向SH模塊101輸出控制信號，使SH模塊101根據(jù)該控制信號調(diào)整^L大增益，并工作在相位判斷模式或信號轉(zhuǎn)換模式；
NRSH模塊104接收從控制模塊103輸出的分頻時鐘信號以及從SH模塊101輸出的電壓信號Vout,并轉(zhuǎn)換成一連續(xù)時間輸出信號Voc。
具體地說，SH模塊101包括第一 SC網(wǎng)絡(luò)(201 )、保持電路(202)和第二SC網(wǎng)絡(luò)(203),其中，
第一 SC網(wǎng)絡(luò)201接收從控制模塊103輸出的控制信號，以控制該網(wǎng)絡(luò)中各開關(guān)的狀態(tài)，使其在采樣階段的半個時鐘周期內(nèi)對外部的正交正弦信號進行采樣，并在保持階段的半個時鐘周期內(nèi)向保持電路202輸出第一采樣信號；由于外部的一組正交正弦信號是由一個正弦信號Vis和一個余弦信號Vic組成的，且該正弦信號Vis和余弦信號Vic可以各自為差分電壓信號，因此第一 SC網(wǎng)絡(luò)201至少包括4個電容，以分別對輸入的正交正弦信號中4個電壓信號進行
6采樣；另外，第一 SC網(wǎng)絡(luò)201還接收外部的共模信號Vim,以幫助其電路在切換過程中保持穩(wěn)定；
保持電路202用于接收從控制模塊103輸出的控制信號，并輸出電壓信號Vout;
第二SC網(wǎng)絡(luò)203接收從控制模塊103輸出的控制信號，以控制該網(wǎng)絡(luò)中各開關(guān)的狀態(tài)，使其在采樣階段的半個時鐘周期內(nèi)對外部輸入的參考電壓Vir進行采樣，并在保持階段的半個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生第二釆樣信號，并與第一 SC網(wǎng)絡(luò)201輸出的第一采樣信號經(jīng)過求和運算后輸出到保持電路202;參考電壓Vir可以是差分電壓信號的形式。
具體地說，控制模塊103包括分頻計數(shù)器301、移位寄存器302和解碼器303,其中，
分頻計數(shù)器301用于對外部的時鐘信號clk進行分頻計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果輸出到解碼器303;
移位寄存器302用于接收從比較器102輸出的比較信號和外部的時鐘信號clk，并向解碼器303輸出一組移位信號；
解碼器303用于接收外部的時鐘信號clk,并向SH模塊101輸出控制信號。
本發(fā)明的工作原理如下
一般地，開關(guān)電容電路的求和運算體現(xiàn)為電容上電荷在開關(guān)的切換控制下轉(zhuǎn)移。在本實施例中，同樣地，求和運算體現(xiàn)為第一SC網(wǎng)絡(luò)201中各電容的電荷在開關(guān)的切換控制下，在保持的半個時鐘周期內(nèi)，轉(zhuǎn)移到保持電路202中電容上，在保持電路202的輸出端產(chǎn)生最終的求和輸出。
本實施例采用了傳統(tǒng)的開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的SH模塊101作為整個轉(zhuǎn)化電路的輸入級，這種SH模塊101有利于對輸入信號進行各種線性求和轉(zhuǎn)換，其中電容值可以調(diào)整信號的增益，開關(guān)控制可以調(diào)整求和項。由三角函數(shù)基本原理可知，調(diào)整正弦信號和余弦信號的線性組合可以產(chǎn)生任意相位的正弦信號，因此，SH模塊101中的第一 SC網(wǎng)絡(luò)201可以在控制模塊103的控制下，將輸入的正交正弦信號轉(zhuǎn)換成各種相位的正弦信號。
設(shè)輸入的正交正弦信號為sin ( oc ) 、 cos ( a );可以將輸入的相位a在0~ 2 7i范圍內(nèi)分割成若干個相位區(qū)間，每個相位區(qū)間的寬度固定為6 max;對于每個相位區(qū)間，分別采用固定的增益將輸入的正交正弦信號線性疊加，得到
對應(yīng)于該區(qū)間的固定相位的正弦信號sin ( ot - (J))。
例如，對應(yīng)第k個相位區(qū)間，產(chǎn)生固定相位的正弦信號sin ( ct - (J)k),在以(J)k為中心、以6max為寬度的相位區(qū)間內(nèi)有(oc -小k) <6max，因此產(chǎn)生的正弦信號sin( a - (J)k) a - (])k，實現(xiàn)了在第k個相位區(qū)間內(nèi)的線性化，最大轉(zhuǎn)換誤差為sin (0.5 6 max) - 0.5 6 max,由此可見，可以通過i更定較小的6 max來降低轉(zhuǎn)換誤差。
控制模塊103控制第一SC網(wǎng)絡(luò)201,使得當(dāng)輸入的正交正弦信號相位cc位于第k個相位區(qū)間時，第一 SC網(wǎng)絡(luò)201將輸入的正交正弦信號右移cj)k，即控制模塊103控制第一 SC網(wǎng)絡(luò)201中開關(guān)選通對應(yīng)于相移d) k的 一組電容。此時，SH模塊101輸出分段的正弦信號sin ( a -小k),近似為a- cj)k,實現(xiàn)在第k個相位區(qū)間內(nèi)的線性化。
而第二SC網(wǎng)絡(luò)203的輸出求和操作則為SH模塊101的輸出疊加了偏置，具體地說，控制模塊103控制第二 SC網(wǎng)絡(luò)203，使得當(dāng)輸入的正交正弦信號相位a位于第k個相位區(qū)間時，第二 SC網(wǎng)絡(luò)203將SH模塊101的輸出疊加固定的偏置(])k,即控制模塊103控制第二SC網(wǎng)絡(luò)203選通對應(yīng)于偏置cj)k的一組電容。因此，SH模塊101輸出分段移位的正弦信號sin ( a - d)k) +小k,近似等于a,與k無關(guān)，從而實現(xiàn)在a在0 27i范圍內(nèi)的線性化。
本實施例中的SH模塊101根據(jù)不同的控制信號，可以依次工作在相位判斷和信號轉(zhuǎn)換兩種模式在相位判斷模式下，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換電路判斷輸入的正交正弦信號相位a位于所屬的相位區(qū)間，即判斷k的值；在信號轉(zhuǎn)換模式下，本轉(zhuǎn)換電路依據(jù)確定的k值按照上述方式調(diào)整增益，得到轉(zhuǎn)換后的線性化模擬輸出。
SH模塊101在相位判斷模式下的轉(zhuǎn)換方式與信號轉(zhuǎn)換模式下類似，同樣是生成一定相位偏移的正弦信號。由于任何相位偏移的正弦信號在0 2:r范圍內(nèi)， 一半相位區(qū)間輸出為正， 一半相位區(qū)間輸出為負，因此可以通過比較器102的輸出判斷，將輸入的a位于所屬的相位區(qū)間縮小在0 7T范圍內(nèi)。同理，若再進行一次相位判斷模式的操作，產(chǎn)生一定相位偏移的正弦信號，滿足相位區(qū)間在0 7T范圍內(nèi)， 一半相位區(qū)間輸出為正， 一半相位區(qū)間輸出為負，因此可以通過比較器102的輸出判斷，將輸入的cc位于所屬的相位區(qū)間縮小在0~7i/2范圍 內(nèi)。依此類推，最終可以鎖定ct所屬的相位區(qū)間，得到k值，該k值判斷過程 的歷史信息即為移位寄存器302像向解碼器303輸出的一組移位信號。
本實施例中，分頻計數(shù)器301的一個分頻周期內(nèi)共包含M+N個時鐘周期， 其中，在前M個時鐘周期內(nèi)，解碼器303控制SH模塊101工作在相位判斷模 式，在后N個時鐘周期內(nèi)，解碼器303控制所述SH模塊101工作在信號轉(zhuǎn)換 模式；M、 N均為自然數(shù)。
例如，可以取M=3 ， 3次相位判斷操作將相位區(qū)間縮小在0~丌/4范圍內(nèi)， 即6max-兀/4，最大轉(zhuǎn)換誤差為sin(丌/8) - tt/8 = 0.01?？梢匀二1，分頻計 數(shù)器301的分頻倍數(shù)為3+1=4倍，只需要兩個DFF (D type flip-flop, D類型 觸發(fā)器)就可以實現(xiàn)。
由上述原理可得，SH模塊101工作在相位判斷模式時，SH模塊lOl、比 較器102和控制模塊103的組合構(gòu)成一個低比特數(shù)的ADC，將模擬信號正交正 弦信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字輸出存儲在移位寄存器302中，數(shù)字輸出代表相位區(qū)間，即 k值。SH模塊101工作在信號轉(zhuǎn)換模式時，第二 SC網(wǎng)絡(luò)203、保持電路202 和控制模塊103的組合構(gòu)成一個低比特數(shù)的DAC，將數(shù)字信號k值轉(zhuǎn)化成模擬 信號偏置(j)k。
另外，由于NRSH模塊104為一個不復(fù)位的采樣保持電路，即在采樣的半 時鐘周期內(nèi)仍然保持信號輸出。因此，NRSH模塊104以SH模塊101輸出的 電壓信號Vout作為輸入，在控制模塊103中分頻計數(shù)器301輸出的分頻時鐘 信號的控制下，將電壓信號Vout轉(zhuǎn)換為連續(xù)時間輸出信號Voc。 SH模塊lOl 以分頻頻率輸出轉(zhuǎn)換信號，輸出轉(zhuǎn)換信號的時間持續(xù)半個clk時鐘周期，NRSH 模塊104同樣以分頻頻率工作，采樣時間為半個clk時鐘周期，保持時間為一 個分頻周期。
以上結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可 根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應(yīng)構(gòu)成 對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范 圍。
權(quán)利要求
1.一種正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換電路包括SH模塊(101)、比較器(102)和控制模塊(103)，所述的SH模塊(101)對從外部接收到的正交正弦信號進行采樣并放大求和，輸出一電壓信號(Vout)；所述的比較器(102)接收從所述SH模塊(101)輸出的電壓信號(Vout)，并輸出一比較信號；所述的控制模塊(103)接收外部的時鐘信號(clk)，并根據(jù)從所述比較器(102)接收到的比較信號，向所述的SH模塊(101)輸出控制信號，使所述的SH模塊(101)根據(jù)該控制信號調(diào)整放大增益，并工作在相位判斷模式或信號轉(zhuǎn)換模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的 SH模塊(101)包括第一SC網(wǎng)絡(luò)(201)和保持電路(202),所述的第一 SC網(wǎng)絡(luò)(201 )接收從所述控制模塊(103)輸出的控制信號， 在采樣階段的半個時鐘周期內(nèi)對所述的正交正弦信號進行采樣，并在保持階段 的半個時鐘周期內(nèi)向所述的保持電路(202)輸出第一釆樣信號；所述的保持電路(202)接收從所述控制模塊(103)輸出的控制信號，并 輸出所述的電壓信號(Vout)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的 SH模塊(101)還包括第二SC網(wǎng)絡(luò)(203),該第二SC網(wǎng)絡(luò)(203 )接收從所 述控制才莫塊(103)輸出的控制信號，在采樣階段的半個時鐘周期內(nèi)對外部輸 入的參考電壓進行采樣，并在保持階段的半個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生第二采樣信號， 并與所述的第一采樣信號疊加后輸出到所述的保持電路(202)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的控 制模塊(103 )包括分頻計數(shù)器(301 )、移位寄存器(302 )和解碼器(303 ),所述的分頻計數(shù)器(301)對所述的時鐘信號(clk)進行分頻計數(shù)，并將 計數(shù)結(jié)果輸出到所述的解碼器(303 );所述的移位寄存器(302)接收從所述比較器(102)輸出的比較信號和所述的時鐘信號(elk),并向所述的解碼器(303 )輸出一組移位信號；所述的解碼器(303 )接收所述的時鐘信號(elk),并輸出所述的控制信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的分 頻計數(shù)器(301)的一個分頻周期內(nèi)共包含M+N個時鐘周期，在前M個時鐘 周期內(nèi)，所述的解碼器(303 )向所述SH模塊(101)輸出使之工作在相位判 斷模式的相位控制信號，在后N個時鐘周期內(nèi)，所述的解碼器(303 )向所述 SH模塊(101)輸出使之工作在信號轉(zhuǎn)換模式的轉(zhuǎn)換控制信號，其中，M、 N 均為自然數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的轉(zhuǎn) 換電路還包括NRSH模塊(104 ),該NRSH模塊(104 )接收從所述控制模塊(103)輸出的分頻時鐘信號以及從所述的SH模塊(101)輸出的電壓信號 (Vout)，并轉(zhuǎn)換成一連續(xù)時間輸出信號(Voc)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正交正弦信號轉(zhuǎn)換電路，它包括SH模塊、比較器和控制模塊，所述的SH模塊對從外部接收到的正交正弦信號進行采樣并放大求和，輸出一電壓信號；所述的比較器接收從所述SH模塊輸出的電壓信號，并輸出一比較信號；所述的控制模塊接收外部的時鐘信號，并根據(jù)從所述比較器接收到的比較信號，向所述的SH模塊輸出控制信號，使所述的SH模塊根據(jù)該控制信號調(diào)整放大增益，并工作在相位判斷模式或信號轉(zhuǎn)換模式。本發(fā)明減少了消耗的硬件資源，并使得最終輸出為幅度連續(xù)信號。
文檔編號H03B28/00GK101674048SQ20091005586
公開日2010年3月17日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者淼 李 申請人:上海貝嶺股份有限公司