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JP4941738B2 - Bit alignment correction mechanism in ultra high-speed AD conversion - Google Patents
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JP4941738B2 - Bit alignment correction mechanism in ultra high-speed AD conversion - Google Patents

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Description

本発明は、高速AD変換器の出力をデジタルデータ出力部、もしくはデジタル信号処理部などのデジタル処理部に引き渡す際に、量子化ビット毎に異なる伝送遅延もしくは、量子化ビット毎に独立なデマルチプレクサによってシリアルパラレル変換される際に生じるビット間のズレを簡易な方法によって補正し、ビットアラインメントを達成するための、信号処理に関する。  The present invention provides a transmission delay that differs for each quantization bit or an independent demultiplexer for each quantization bit when the output of the high-speed AD converter is delivered to a digital processing unit such as a digital data output unit or a digital signal processing unit. The present invention relates to signal processing for achieving bit alignment by correcting a shift between bits caused by serial / parallel conversion by a simple method.

広帯域なアナログ信号を、サンプル周波数が数GHzに達する高速なAD変換器によってアナログデジタル変換しデジタルデータ出力もしくはデジタル信号処理(以降、デジタル処理)を行う場合、AD変換器内部でサンプリングされ、2ビット以上のデジタル値に変換されたデータは、複数ビットのデータとしてビット毎に独立な信号線によってAD変換器から出力され、後続のデジタル処理部に渡される。このような構成の例を図2に示す。この時、AD変換されたデータをデジタル処理部で正しく伝送、処理するためには、サンプリングされたデジタル値を構成する各ビットのデータ(2ビット量子化の場合はMSBとLSB)を、AD変換器でサンプリングされた時点と同じ正しい組み合わせでデジタル処理部に送る必要がある。このように量子化ビットの組み合わせがサンプリング時刻に対して正しく整列されていることをビットアラインメントという。  When a wide-band analog signal is converted from analog to digital by a high-speed AD converter that reaches a sampling frequency of several GHz and digital data output or digital signal processing (hereinafter referred to as digital processing) is performed, it is sampled inside the AD converter and is 2 bits. The data converted into the above digital value is output as a plurality of bits of data from the AD converter by an independent signal line for each bit, and passed to the subsequent digital processing unit. An example of such a configuration is shown in FIG. At this time, in order to correctly transmit and process the AD-converted data in the digital processing unit, each bit of data (MSB and LSB in the case of 2-bit quantization) constituting the sampled digital value is AD converted. Need to be sent to the digital processor in the same correct combination as when sampled by the instrument. Such a combination of quantized bits correctly aligned with respect to the sampling time is called bit alignment.

一般にはAD変換器から出力される複数ビットのデータは単一のクロックに同期して伝送されるため、デジタル処理部側でクロックに対して適切なタイミングで取り込めばビットアラインメントが損なわれることはないが、クロックの周期が1ナノ秒以下となるような高速なシステムの場合には、各ビットの伝送路における遅延時間の差などにより、正しいタイミングで取り込むことが困難となるためビットアラインメントが損なわれることがある。  In general, since multiple bits of data output from an AD converter are transmitted in synchronization with a single clock, if the digital processor captures the clock at an appropriate timing, the bit alignment is not impaired. However, in the case of a high-speed system in which the clock cycle is 1 nanosecond or less, the bit alignment is impaired because it is difficult to capture at the correct timing due to the difference in delay time in the transmission path of each bit. Sometimes.

また、一般的にはデジタル処理部の動作速度はそれほど高速ではなく、AD変換器から出力される高速なシリアルデータ出力をそのまま処理することはできないため、AD変換器のシリアルデータ出力をデマルチプレクサ(以下、DEMUX)によって並列化し、より低速なクロック周波数に同期した複数のパラレルデータに変換する、シリアルパラレル変換を行うことが多い。この場合、AD変換器から出力される複数ビットのシリアルデータは、それぞれ独立なDEMUXに入力される。このような構成の例を図3に示す。  In general, the operation speed of the digital processing unit is not so high, and high-speed serial data output output from the AD converter cannot be processed as it is. Hereinafter, serial / parallel conversion is often performed in which the data is parallelized by DEMUX) and converted into a plurality of parallel data synchronized with a slower clock frequency. In this case, the multi-bit serial data output from the AD converter is input to each independent DEMUX. An example of such a configuration is shown in FIG.

一般的にDEMUXは、入力のデータをDEMUX内部のカウンタ値によってnビットの出力に振り分ける動作を行い、このカウンタの値をDEMUX位相と呼ぶ。DEMUX位相の変動はもとのシリアルデータに対する遅延の変動と同じ作用をもつため、ビットアラインメントを正しく保つためには、複数ビットのシリアルデータが入力される全てのDEMUXのDEMUX位相が完全に一致している必要がある。このため、共通のリセット信号を全てのDEMUXに供給して、複数のDEMUXを同時に初期化することでDEMUX位相を一致させる方式がとられる。このような方法で使用するためにリセット入力を備えたDEMUX素子のうち、比較的高速で動作するものもあるが(例えば非特許文献1参照)、その動作速度は2GHz程度となっている。それを超える高速、例えば8GHz以上の速度で動作するDEMUXは、光通信用途のものが数多く存在するが(例えば非特許文献2参照)、それらは1ビットのデータにのみ対応しており、リセット入力を備えていないため、上記の方式でビットアラインメントを実現することはできない。
アトメル(Atmel)社 AT84CS001データシート ビテッセ(Vitesse)社 VSC1236カタログ
In general, the DEMUX performs an operation of distributing input data to an n-bit output by a counter value inside the DEMUX, and the value of this counter is called a DEMUX phase. Since the DEMUX phase variation has the same effect as the delay variation with respect to the original serial data, the DEMUX phase of all DEMUXs to which multiple bits of serial data are input must completely match in order to maintain bit alignment correctly. Need to be. For this reason, a method is adopted in which a common reset signal is supplied to all the DEMUXs, and a plurality of DEMUXs are initialized at the same time, thereby matching the DEMUX phases. Some DEMUX elements having a reset input for use in such a method operate at a relatively high speed (see, for example, Non-Patent Document 1), but the operation speed is about 2 GHz. There are many DEMUXs that operate at higher speeds, for example, 8 GHz or higher (for example, see Non-Patent Document 2), but they only support 1-bit data, and reset input. Therefore, bit alignment cannot be realized by the above method.
Atmel AT84CS001 data sheet Vitesse VSC1236 catalog

リセット入力を持たないDEMUX素子を使用して、複数のDEMUXのDEMUX位相を合わせる方式が考案されている(特許文献1)。この方式では、複数の1:nDEMUXから出力されるn分周クロック同士の時間位相差を検出し、その位相差が一定値以下になるように、各DEMUXに与えるクロック信号の位相を変化させることで、全DEMUXのDEMUX位相を一致させることができる。このようにDEMUX位相が一致した状態でDEMUXの入力に複数ビットの量子化データを入力すれば、DEMUXから出力される並列データのビットアラインメントを達成することができる。
特許公開2006−324752
A method of matching the DEMUX phases of a plurality of DEMUXs using a DEMUX element having no reset input has been devised (Patent Document 1). In this method, a time phase difference between n-divided clocks output from a plurality of 1: nDEMUXs is detected, and the phase of a clock signal applied to each DEMUX is changed so that the phase difference is a predetermined value or less. Thus, the DEMUX phases of all DEMUX can be matched. In this way, if a plurality of bits of quantized data is input to the input of the DEMUX in a state where the DEMUX phases coincide with each other, bit alignment of parallel data output from the DEMUX can be achieved.
Patent Publication 2006-324752

図2に示されるような、AD変換器のシリアル出力を直接、デジタル処理部に入力する場合、クロック周期、つまりサンプリング周期が1ナノ秒以下となるような高速なシステムの場合には、ビットアラインメントを実現するためには、回路設計においてサンプリング周期の数分の1以下のピコ秒オーダーのタイミング制御が必要となり、コスト的に負担の大きいものとなる。  When the serial output of the AD converter is directly input to the digital processing unit as shown in FIG. 2, in the case of a high-speed system in which the clock cycle, that is, the sampling cycle is 1 nanosecond or less, bit alignment is performed. In order to realize the above, it is necessary to control the timing in picosecond order which is a fraction of the sampling period in the circuit design, which is costly.

また、図3に示されるような、AD変換器のシリアル出力を、一旦低速なパラレルデータに変換してデジタル処理部に入力する場合、DEMUXのリセット入力を利用する従来の方式では、AD変換器のサンプリング周波数が高い場合、リセット入力を持つDEMUX素子の入手が困難であるため、ビットアラインメントの達成が困難である。  In addition, when the serial output of the AD converter as shown in FIG. 3 is once converted into low-speed parallel data and input to the digital processing unit, in the conventional system using the reset input of the DEMUX, the AD converter When the sampling frequency is high, it is difficult to obtain a DEMUX element having a reset input, and it is difficult to achieve bit alignment.

リセット入力を持つDEMUX素子を利用できる場合でも、リセット信号の入力をDEMUXの入力クロック周期に対して十分に高速に行う必要があり、AD変換器のサンプリング周波数が高い場合には、リセット信号の発生および分配に多くのコストがかかり実現しにくい。  Even when a DEMUX element having a reset input can be used, it is necessary to input the reset signal at a sufficiently high speed with respect to the input clock cycle of the DEMUX, and when the AD converter sampling frequency is high, a reset signal is generated. In addition, the distribution is expensive and difficult to realize.

特許文献1に示されるような方式により、リセット入力を持たないDEMUXによって複数のDEMUXの位相を同期させることが可能であるが、この方式を採用するためにはDEMUXに対して入力データと独立にクロックの位相だけを可変させる必要があるが、数GHzの動作速度を持ち一般的に入手可能な光通信用DEMUX素子(例えば非特許文献2)は入力データそのものに重畳されたタイミング情報からクロックを生成し内部のDEMUX部を動作させる方式であり、独立なクロック入力を持たないため、この方式は採用できない。  According to the method shown in Patent Document 1, it is possible to synchronize the phases of a plurality of DEMUXs with a DEMUX that does not have a reset input, but in order to adopt this method, the input data is independent of the DEMUX. Although it is necessary to vary only the phase of the clock, a generally available DEMUX element for optical communication (for example, Non-Patent Document 2) having an operation speed of several GHz can generate a clock from timing information superimposed on input data itself. This is a method for generating and operating the internal DEMUX unit and does not have an independent clock input, so this method cannot be adopted.

従って、本発明が解決しようとする課題は、AD変換器から出力された複数ビットの量子化データをデジタル処理する場合におけるビットアラインメントを、サンプリング周期の数分の1以下の時間制度を持つ高速なタイミング制御技術や、リセット回路を持った高速なDEMUX素子を用いることなく実現することにある。  Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the bit alignment in the case of digitally processing a plurality of bits of quantized data output from the AD converter is a high-speed system having a time system that is less than a fraction of the sampling period. It is to be realized without using a timing control technique or a high-speed DEMUX element having a reset circuit.

本発明は、AD変換器から出力されたデータの発生確率を解析・評価することでビットアライメントを達成する。無入力時に自然発生する小振幅のランダム雑音信号のビット分布を計測してアライメントを取るので、高速なタイミング制御技術やDEMUXのリセット回路などの付加制御部をまったく必要としない超高速のアナログデジタル変換装置を実現可能としているところに特長がある。  The present invention achieves bit alignment by analyzing and evaluating the occurrence probability of data output from an AD converter. Measures and aligns the bit distribution of small amplitude random noise signals that occur naturally when there is no input, so it does not require any high-speed timing control technology or additional control units such as a DEMUX reset circuit. The feature is that the device can be realized.

通常、AD変換器のアナログ入力に、出力デジタル値がちょうど切り替わる閾値に相当する完全な直流電位を入力した場合、出力されるデジタル値は閾値の上下に位置する値がランダムに出力される。これは、アナログ入力の値がAD変換器の識別不能領域(不感帯)にあり、AD変換器が出力デジタル値を一意に確定できないためである。  Normally, when a complete DC potential corresponding to a threshold value at which the output digital value is just switched is input to the analog input of the AD converter, the digital value that is positioned above and below the threshold value is randomly output. This is because the analog input value is in an indistinguishable region (dead zone) of the AD converter, and the AD converter cannot uniquely determine the output digital value.

AD変換器の出力がオフセットバイナリコードである場合、AD変換器の入力に中心電位、つまり出力デジタル値の符号ビットがちょうど切り替わる閾値の不感帯に該当する電位を入力すると、出力されるデジタル値は、最上位ビットを符号ビットとすると、ちょうど符号ビットが切り替わる閾値の上下に位置する2つの値、つまり最小振幅の値のみとなり、例えば量子化ビット数が2ビットの場合、「01」と「10」のみとなる。一般に、広帯域なAD変換器の入力は中心電位にバイアスされており、入力信号はAC結合によりAD変換器に接続されるため、入力信号を0Vに短絡するだけで簡単にこのような出力を得ることができる。  When the output of the AD converter is an offset binary code, when the center potential, that is, the potential corresponding to the dead zone of the threshold at which the sign bit of the output digital value is just switched, is input to the input of the AD converter, the output digital value is If the most significant bit is a sign bit, there are only two values located above and below the threshold at which the sign bit is switched, that is, only the value of the minimum amplitude. For example, when the number of quantization bits is 2 bits, “01” and “10” It becomes only. In general, the input of a wideband AD converter is biased to the center potential, and the input signal is connected to the AD converter by AC coupling. Therefore, such an output can be obtained simply by short-circuiting the input signal to 0V. be able to.

AD変換器でサンプリングされたデジタル値において、一定時間の間に含まれるデジタル値が、最小値から最大値までの各値について、どのような頻度で分布するかを示す指標をビット分布というが、上記のような試験信号をAD変換した結果のビット分布は、ビットアラインメントが達成されていれば「01」、および「10」のみに分布し、他の値、つまり「00」と「11」は全て0%となる。例として、図4に示されるような、「01」と「10」の間にある不感帯に一定電位を入力した場合、ビットアラインメントが達成されていればAD変換器から出力されるデジタル値におけるMSBとLSBの組み合わせは、図5に示されるようになる。図5においてAの区間におけるビット分布は、「00」が0%、「01」が50%、「10」が50%、「11」が0%となっている。ここで重要なのは「00」および「11」のビット分布が0%であることである。  In the digital value sampled by the AD converter, an index indicating how often the digital value included in a certain time is distributed with respect to each value from the minimum value to the maximum value is called a bit distribution. The bit distribution as a result of AD conversion of the test signal as described above is distributed only to “01” and “10” if bit alignment is achieved, and other values, that is, “00” and “11” are All become 0%. As an example, when a constant potential is input to the dead zone between “01” and “10” as shown in FIG. 4, the MSB in the digital value output from the AD converter is achieved if bit alignment is achieved. The combination of LSB and LSB is as shown in FIG. In FIG. 5, the bit distribution in the section A is 0% for “00”, 50% for “01”, 50% for “10”, and 0% for “11”. What is important here is that the bit distribution of “00” and “11” is 0%.

ここで、AD変換器の出力をビット分布計測部導入するまでの間の遅延差やDEMUX位相の不一致(DEMUX位相ずれ)によりビットアラインメントが崩れていた場合、計測されるビット分布に「01」および「10」以外の値が出現する。例として、LSBのデータが本来のタイミングよりも1サンプル分だけ前方にずれてしまった場合における、LSBとMSBの組み合わせを図6に示す。図6においてAの区間におけるビット分布は、「00」が20%、「01」が30%、「10」が20%、「11」が30%であり、本来出現しないはずの「00」と「11」にビットが分布している。この性質を利用すると、AD変換器の出力データのビット分布を計測することによって、ビットアラインメントが達成されているかどうかを判断することができる。  Here, when the bit alignment is broken due to a delay difference until the output of the AD converter is introduced to the bit distribution measuring unit or a DEMUX phase mismatch (DEMUX phase shift), the measured bit distribution is “01” and A value other than “10” appears. As an example, FIG. 6 shows a combination of LSB and MSB when LSB data is shifted forward by one sample from the original timing. In FIG. 6, the bit distribution in the section A is “00” which is 20%, “01” is 30%, “10” is 20%, “11” is 30%, and “00” which should not appear originally. Bits are distributed in “11”. By utilizing this property, it is possible to determine whether or not bit alignment is achieved by measuring the bit distribution of the output data of the AD converter.

ここで、ビット分布計測部の前に、各量子化ビットについて独立にビット単位で遅延が加えられる遅延補正部を設け、その遅延量を、AD変換器からビット分布計測部までの間で想定される遅延差およびDEMUX位相ずれの範囲で変化させながらビット分布を計測してゆくと、遅延補正部で加えた遅延量が遅延差およびDEMUX位相ずれによる遅延量と一致した場合にのみ、「00」、「11」のビット分布が0%となる特異点を示し、他の場合には、各ビット分布が一様な値を示す。従って、ビット分布が前者の値を示すような遅延補正の値を探すことによってビットアラインメントが達成できたことになる。  Here, before the bit distribution measurement unit, a delay correction unit that adds a delay in units of bits for each quantized bit is provided, and the amount of delay is assumed between the AD converter and the bit distribution measurement unit. When the bit distribution is measured while changing within the range of the delay difference and the DEMUX phase shift, “00” is obtained only when the delay amount added by the delay correction unit matches the delay amount due to the delay difference and the DEMUX phase shift. , “11” indicates a singular point where the bit distribution is 0%, and in other cases, each bit distribution indicates a uniform value. Therefore, bit alignment can be achieved by searching for a delay correction value whose bit distribution shows the former value.

そこで、AD変換器の出力を、各量子化ビット間の遅延差やDEMUX位相の不一致を補正しないまま、デジタル処理部に導入し、デジタル処理部の内部において、遅延補正とビット分布計測を行い、前述のような手順によってビット分布が特異点となるような遅延補正を行い、その結果をそのまま本来のデジタル処理部に導入することにより、ビットアラインメントが達成された状態で正しいデジタル処理を行うことが可能となる。一般に高速なAD変換器の出力は、シリアルデータのまま高速なFPGA等のデバイスに導入されるか、若しくは、FPGA等の外部または内部のDEMUXによりシリアルパラレル変換された後にFPGA等の内部に構成されたデジタル処理部において必要なデジタル処理が行われる。このため、デジタル処理部と同一のFPGA等の内部に遅延補正部とビット分布計測部を構成するか、DEMUXを経由して十分に低速になった後に遅延補正とビット分布計測を行えば、その後の本来のデジタル処理部へのデータ伝送はクロック同期による転送が確保できるため、においてビット間の遅延差やDEMUX位相ずれによるビットアラインメントが損なわれることはない。  Therefore, the AD converter output is introduced into the digital processing unit without correcting the delay difference between the quantized bits and the DEMUX phase mismatch, and delay correction and bit distribution measurement are performed inside the digital processing unit. By performing the delay correction so that the bit distribution becomes a singular point by the procedure as described above, and introducing the result into the original digital processing unit as it is, correct digital processing can be performed with bit alignment achieved. It becomes possible. In general, the output of a high-speed AD converter is introduced into a device such as a high-speed FPGA as serial data, or is serially parallel-converted by an external or internal DEMUX such as an FPGA and then configured inside the FPGA or the like. The necessary digital processing is performed in the digital processing unit. For this reason, if the delay correction unit and the bit distribution measurement unit are configured inside the same FPGA as the digital processing unit, or if the delay correction and the bit distribution measurement are performed after sufficiently slowing down via the DEMUX, Since the data transmission to the original digital processing unit can ensure the clock-synchronized transfer, the bit alignment due to the delay difference between the bits and the DEMUX phase shift is not impaired.

上記では2ビット量子化の場合について示したが、3ビット以上の量子化ビット数の場合でも同様のことが言える。3ビット以上の場合、14項のようにAD変換器の入力に中心電位の不感帯に該当する電位を入力したときに得られる出力は、「0111・・・」、および「1000・・・」に限定され、それ以外の値は出力されないが、ビットアラインメントが崩れていた場合には上記以外の値が出現する。したがって17項および18項と同様の手順により、ビット分布計測の結果として「0111・・・」および「1000・・・」以外の値が0%となる特異点を探すことによりビットアラインメントの達成が可能となる。  Although the case of 2-bit quantization has been described above, the same applies to the case of the number of quantization bits of 3 bits or more. In the case of 3 bits or more, the output obtained when a potential corresponding to the dead zone of the central potential is input to the input of the AD converter as described in item 14 is “0111...” And “1000. It is limited, and other values are not output, but if the bit alignment is broken, values other than the above appear. Therefore, the bit alignment is achieved by searching for a singular point where the values other than “0111...” And “1000. It becomes possible.

これまでは、AD変換器の入力が0Vを中心電圧としている場合について説明したが、AD変換器の入力中心電圧が0Vでない場合においても、中心電圧の閾値に相当する直流電圧を入力すれば同様の効果が得られ、このためには入力部に簡単な定電圧発生部を設ければよい。  So far, the case where the input of the AD converter uses 0V as the center voltage has been described. However, even when the input center voltage of the AD converter is not 0V, the same applies if a DC voltage corresponding to the threshold of the center voltage is input. For this purpose, a simple constant voltage generator may be provided at the input unit.

また、AD変換器の不感帯を利用せず、入力にランダム雑音を入力することでも同様の効果が得られる。AD変換器の中心電圧の閾値をまたいで、その上下の量子化レベルの範囲を超えない、小振幅の雑音を入力すれば、AD変換器の出力からは14項で説明したものと同様の最小振幅のランダムな出力が得られる。雑音の振幅が上記より大きい場合には、出力は最小振幅の値のみとはならずより振幅の大きな値にも分布するが、雑音は一般的に振幅が大きくなると出現頻度が減少するため、ビットアラインメントが正しく達成されていれば最小振幅値以外の値におけるビット分布は相対的に小さくなる。一方、ビットアラインメントが達成されていない場合にはAD変換器の出力ビット分布はほぼ一様となるため、17項で説明した遅延量の補正を行いながら、最小振幅値以外のビット分布が、最小振幅値のビット分布に比較して相対的に小さくなるようなビット分布の特異点を探すことによってビットアラインメントの達成が可能となる。  The same effect can be obtained by inputting random noise as input without using the dead zone of the AD converter. If a small amplitude noise that crosses the threshold of the center voltage of the AD converter and does not exceed the range of the upper and lower quantization levels is input, the minimum same as that described in the item 14 from the output of the AD converter A random output of amplitude is obtained. If the amplitude of the noise is larger than the above, the output will be distributed not only at the minimum amplitude value but also at a larger amplitude value, but noise generally decreases as the amplitude increases, so the bit appears. If the alignment is correctly achieved, the bit distribution at values other than the minimum amplitude value becomes relatively small. On the other hand, when the bit alignment is not achieved, the output bit distribution of the AD converter is almost uniform. Therefore, the bit distribution other than the minimum amplitude value is minimized while correcting the delay amount described in the item 17. Bit alignment can be achieved by searching for a singular point of the bit distribution that is relatively smaller than the bit distribution of the amplitude value.

これまでに説明した構成と手順によりビットアラインメントが達成された状態において、AD変換器の入力を本来処理すべき入力信号に切り換えることにより、正しいデジタル処理を実現することができる。  In a state where bit alignment is achieved by the configuration and procedure described so far, correct digital processing can be realized by switching the input of the AD converter to an input signal to be originally processed.

以上説明したことから明らかなように、AD変換器とデジタル処理部の間に遅延補正部とビット分布計測部を配置し、ビット分布を計測することにより、AD変換器のサンプリング周期よりも精密なタイミング制御や、DEMUXのリセット操作を行わずにビットアラインメントを達成し、正しいデジタル処理を実現することが可能となる。  As is clear from the above description, a delay correction unit and a bit distribution measurement unit are arranged between the AD converter and the digital processing unit, and the bit distribution is measured, so that the sampling period of the AD converter is more accurate. Bit alignment can be achieved without performing timing control or DEMUX reset operation, and correct digital processing can be realized.

DEMUXのリセット操作が不要となることにより、一般的に入手可能なリセット端子を持たない光通信用のDEMUX素子を利用することが可能となり、数GHz以上の処理速度を持ったシステムを低いコストで実現することができる。リセット端子を持ったDEMUX素子を利用する場合でも、リセット信号を生成するための精密なタイミング制御が不要となるため、システムを低いコストで実現することが可能となる。  By eliminating the DEMUX reset operation, it is possible to use a DEMUX element for optical communication that does not have a generally available reset terminal, and a system with a processing speed of several GHz or more can be obtained at low cost. Can be realized. Even when a DEMUX element having a reset terminal is used, precise timing control for generating a reset signal is not required, so that the system can be realized at low cost.

AD変換器からデジタル処理部の間が遠隔である場合、AD変換器の出力を光伝送手段などによりデジタル処理部まで伝送することになる。従来の手法では、AD変換器の出力データのビットアラインメントを正しく達成してから伝送路に載せる必要があり、さらに伝送路内でのビットアラインメントの破壊を防ぐ機構が必要であったが、本発明の場合には、AD変換器の複数ビットの出力を、それぞれシリアルデータのまま独立な伝送路によって伝送し、最終的にデジタル処理部に到達した時に伝送路の遅延差を補正することができるため、AD変換部および中間の伝送路の構成を簡略化することが可能となる。  When the distance between the AD converter and the digital processing unit is remote, the output of the AD converter is transmitted to the digital processing unit by optical transmission means or the like. In the conventional method, it is necessary to correctly place the bit alignment of the output data of the AD converter on the transmission line, and further, a mechanism for preventing the bit alignment from being destroyed in the transmission line is required. In this case, it is possible to correct the delay difference of the transmission path when the multi-bit output of the AD converter is transmitted through the independent transmission path as serial data and finally reaches the digital processing unit. It is possible to simplify the configuration of the AD converter and the intermediate transmission path.

以下、本発明の実施形態を図1に沿って説明する。  Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1において、アナログ入力切換スイッチ103を、シグナルグランド102側に接続し0Vとすると、AC結合104を介して接続されているAD変換器201の入力はバイアスされた中心電位となり、ちょうど正側と負側の境目の閾値にある識別不能領域(不感帯)に入る。このときAD変換器からは14項で説明したものと同様の最小振幅のランダムなデジタル値が出力される。この図では2ビット量子化の例を示しているため、デジタル値は最上位ビットを示すMSBデータ21、および最下位ビットを示すLSBデータ22がそれぞれ別々な信号線としてAD変換器から出力される。  In FIG. 1, when the analog input changeover switch 103 is connected to the signal ground 102 side and is set to 0 V, the input of the AD converter 201 connected via the AC coupling 104 becomes a biased center potential, which is exactly the positive side. Enter the indistinguishable region (dead zone) at the threshold of the negative boundary. At this time, the AD converter outputs a random digital value having the same minimum amplitude as that described in item 14. In this figure, since an example of 2-bit quantization is shown, the MSB data 21 indicating the most significant bit and the LSB data 22 indicating the least significant bit are output from the AD converter as separate signal lines, respectively. .

MSBデータとLSBデータは、それぞれMSB用DEMUX301およびLSB用DEMUX302に導入され、1:nにシリアルパラレル変換される。これらのDEMUXは同時にリセットされていないため、パラレル変換されたMSBデータ31と、パラレル変換されたLSBデータ32のビットアラインメントは一般的に達成されていない。  The MSB data and the LSB data are respectively introduced into the MSB DEMUX 301 and the LSB DEMUX 302, and serial-parallel converted to 1: n. Since these DEMUX are not reset at the same time, the bit alignment of the parallel converted MSB data 31 and the parallel converted LSB data 32 is generally not achieved.

MSBデータ31とLSBデータ32は、それぞれMSB用の遅延補正部401、およびLSB用の遅延補正部402に導入される。最初の段階ではMSB用遅延補正部とLSB用遅延補正部の相対的な遅延量は0に設定しておく。  The MSB data 31 and the LSB data 32 are introduced into the MSB delay correction unit 401 and the LSB delay correction unit 402, respectively. In the first stage, the relative delay amount between the MSB delay correction unit and the LSB delay correction unit is set to zero.

遅延補正部から出力されたMSBデータ41とLSBデータ42は、ビット分布計測部501に導入され、「00」、「01」、「10」、「11」の各ビット分布が一定の時間間隔において計測される。  The MSB data 41 and LSB data 42 output from the delay correction unit are introduced into the bit distribution measurement unit 501, and each bit distribution of “00”, “01”, “10”, and “11” is set at a constant time interval. It is measured.

ビット分布の計測結果51は、遅延量制御部601によって読取られ、「00」、「11」の値が0%となり、かつ「01」、「10」のビット分布の合計が100%となる特異点でなかった場合には、ビットアラインメントが達成されていないと判断し、MSBとLSBの相対遅延が+1ビットとなるように遅延補正部の遅延量61および62を制御し、再度ビット分布を計測する。  The bit distribution measurement result 51 is read by the delay amount control unit 601, and the values “00” and “11” are 0%, and the sum of the bit distributions “01” and “10” is 100%. If not, it is determined that bit alignment is not achieved, and the delay amounts 61 and 62 of the delay correction unit are controlled so that the relative delay between the MSB and LSB becomes +1 bit, and the bit distribution is measured again. To do.

31項の手順を繰り返し、ビット分布が31項に示す特異点となる遅延量を検索する。相対遅延量が想定される限界(例えば1:16DEMUXを使用する場合には16ビット)に達してもビット分布の特異点がみつからない場合には、相対遅延量を−に変更して同様の手順を繰り返す。  The procedure of the item 31 is repeated to search for a delay amount at which the bit distribution becomes a singular point shown in the item 31. If the singular point of the bit distribution is not found even if the relative delay amount reaches the assumed limit (for example, 16 bits when using 1:16 DEMUX), the relative delay amount is changed to-and the same procedure is performed. repeat.

検索の結果、ビット分布が特異点となったら、相対遅延量を固定し、入力切替スイッチ103をアナログ信号入力端子101側に切り換える。  If the bit distribution becomes a singular point as a result of the search, the relative delay amount is fixed, and the input selector switch 103 is switched to the analog signal input terminal 101 side.

この状態でデジタル処理部701に入力される2ビットデータ(MSB、およびLSB)のビットアラインメントが達成されているので、本来のデジタル処理が開始できる。  In this state, since the bit alignment of the 2-bit data (MSB and LSB) input to the digital processing unit 701 has been achieved, the original digital processing can be started.

本発明の手法により、DEMUXリセットを行わないでビットアラインメントを実現するアナログデジタル変換装置のブロック図である。  It is a block diagram of the analog-digital converter which implement | achieves bit alignment, without performing DEMUX reset by the method of this invention. 従来の手法により、AD変換器の出力をシリアルデータのままデジタル処理部に導入するアナログデジタル変換装置のブロック図である。  It is a block diagram of the analog-digital converter which introduces the output of AD converter into a digital processing part with the conventional method with serial data. 従来の手法により、AD変換器の出力をリセット入力のあるDEMUX素子でシリアルパラレル変換してデジタル処理部に導入するアナログデジタル変換装置のブロック図である。  FIG. 10 is a block diagram of an analog-digital conversion apparatus that serial-parallel converts an output of an AD converter by a DEMUX element having a reset input and introduces the digital processing unit by a conventional technique. AD変換器の不感帯と、そこに一定電位を入力した場合にAD変換器から出力されるデジタル値の例。  An example of a dead zone of an AD converter and a digital value output from the AD converter when a constant potential is input thereto. 図4のようなAD変換器の出力において、ビットアラインメントが達成されている場合のMSBとLSBのビット分布を示す。  The bit distribution of MSB and LSB when the bit alignment is achieved in the output of the AD converter as shown in FIG. 4 is shown. 図4のようなAD変換器の出力において、ビットアラインメントが達成されていない場合のMSBとLSBのビット分布を示す。  The bit distribution of MSB and LSB when the bit alignment is not achieved in the output of the AD converter as shown in FIG. 4 is shown.

符号の説明Explanation of symbols

11 本来処理すべきアナログ信号
12 試験信号
13 0Vの直流信号
21 AD変換されたデジタル値の最上位ビット(MSB)
22 AD変換されたデジタル値の最下位ビット(LSB)
31 シリアルパラレル変換されたパラレルMSBデータ
32 シリアルパラレル変換されたパラレルLSBデータ
41 遅延補正されたパラレルMSBデータ
42 遅延補正されたパラレルLSBデータ
51 ビット分布計測結果
61 MSB用遅延補正量
62 LSB用遅延補正量
81 DEMUXリセット信号
101 アナログ信号入力端子
102 シグナルグランド
103 アナログ入力切換スイッチ
104 AC結合
201 2ビット量子化、オフセットバイナリ出力のAD変換器
301 MSB用のDEMUX
302 LSB用のDEMUX
401 MSB用の遅延補正部
402 LSB用の遅延補正部
501 ビット分布計測部
601 遅延量制御部
701 デジタル処理部
801 DEMUXリセット信号発生部
11 Analog signal to be processed 12 Test signal 13 DC signal of 0V 21 Most significant bit (MSB) of A / D converted digital value
22 Least significant bit (LSB) of AD converted digital value
31 Parallel MSB data after serial / parallel conversion 32 Parallel LSB data after serial / parallel conversion 41 Parallel MSB data after delay correction 42 Parallel LSB data after delay correction 51 Bit distribution measurement result 61 Delay correction amount for MSB 62 Delay correction for LSB Quantity 81 DEMUX reset signal 101 Analog signal input terminal 102 Signal ground 103 Analog input changeover switch 104 AC coupling 201 AD converter 301 with 2-bit quantization and offset binary output DEMUX for MSB
302 DEMUX for LSB
401 MSB delay correction unit 402 LSB delay correction unit 501 bit distribution measurement unit 601 delay amount control unit 701 digital processing unit 801 DEMUX reset signal generation unit

Claims (4)

アナログ信号を2ビット以上の量子化ビット数でAD変換してデジタルデータとして出力するアナログデジタル変換装置において、
AD変換器の出力を、各ビット独立にデジタル的に遅延させる遅延補正手段と、
遅延補正されたデータのビット分布を計測する手段と、
ビット分布の計測結果により遅延補正量を制御する制御手段を備えたアナログデジタル変換装置。
In an analog-to-digital conversion apparatus that performs analog-to-digital conversion of an analog signal with a quantization bit number of 2 bits or more and outputs the digital data
Delay correction means for digitally delaying the output of the AD converter independently for each bit;
Means for measuring the bit distribution of the delay-corrected data;
An analog-to-digital converter provided with a control means for controlling the amount of delay correction based on the bit distribution measurement result.
AD変換器の出力を、各ビットに設けられたデマルチプレクサによりシリアルパラレル変換してから遅延補正手段に伝送し、遅延補正手段以降はデマルチプレクサによりパラレル化されたデータに対して実施することを特徴とする、請求項1に記載のアナログデジタル変換装置。  The output of the AD converter is serial-parallel converted by a demultiplexer provided for each bit and then transmitted to the delay correction unit, and the delay correction unit and the subsequent steps are performed on the data parallelized by the demultiplexer. The analog-digital conversion apparatus according to claim 1. AD変換器とデータ出力部の間が、各ビット独立かつ任意の固定的な遅延量を持つ伝送手段により接続されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のアナログデジタル変換装置。  3. The analog-to-digital conversion apparatus according to claim 1, wherein the AD converter and the data output unit are connected by a transmission means that is independent of each bit and has an arbitrary fixed delay amount. . アナログ信号を入力し、内部でアナログデジタル変換を行い、デジタル的な方式で信号処理を行うデジタル信号処理装置において、AD変換器とデジタル信号処理部を接続する方式として請求項1、請求項2、または請求項3の方式を採用するデジタル信号処理装置。  In a digital signal processing apparatus that inputs an analog signal, performs analog-to-digital conversion inside, and performs signal processing in a digital manner, the AD converter and the digital signal processing section are connected to each other as claimed in claim 1, claim 2, Alternatively, a digital signal processing apparatus employing the method of claim 3.
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