距离估计电路

在对双余量曲线进行距离估计时 , 需要在余量曲线中特定点的附近进行搜索并进行计数和比较  ,其需要搜索的点数 N 与开环放大器增益的变化范围之间的关系为N =2n-1( G1 , max -G1 , min) /8

式中 : n 为除第 1 级外的后端 ADC 转换的位数 , 根据本文 ADC 的结构 , n =11 ; G1 , max与 G1 , min 分别为开环放大器所能够达到的最大增益与最小增益, 考虑到数字校准算法的需要及电荷共享效应造成的衰减,本文将增益的变化范围设定为 7. 5 至 8. 5 . 由式可计算出 N =128 . 距离估计电路在这个范围内的每一个点上进行距离估计时 , 都需要一组由计数器 、比较器和加法器组成的电路单元, 因此需要N 个电路单元 . 如果按照传统的方法来实现距离估计电路,则当 N 为 128 时, 全部数字电路的功耗为152 mW .

自适应搜索的方法来减小距离估计电路的规模和功耗 . 该方法只要求在一段较小范围内进行搜索 ,但是搜索范围的中心可以自适应地变化 .如果在搜索范围内,所有点对应的累积柱状图的次数小于 N RNG =1 时余量曲线所对应的次数 r ,那么与 r 相匹配的点应该还在这个搜索范围的横坐标以右的范围中 , 此时应将搜索中心向右移动 ,在一个新的范围内进行搜索. 反之, 将搜索中心向左移动 ,直至搜索到目标点为止. 自适应搜索的引入使得距离估计电路需要的电路单元大大减少. 在本文芯片的设计中 ,基于对电路规模和误差参数收敛速度的综合考虑, 距离估计电路的搜索范围设定为 10 ,即只需要 10 个电路单元. 对电路进行综合后的结果显示 , 全部数字电路的功耗小于 10mW ,与未采用自适应搜索的方法相比, 功耗降低了93 %.

二元单调函数 LUT 的电路设计

根据 ADC 的结构及校准算法的需要, Db1 为 12 位数字,其最后 2 位是不精确的 , 所以将最后 2 位除去 ,把 Db1设定为 10 位数字 , p3 设定为 7 位的数字,e 设定为 10 位数字 . 如果简单地将 Db1和 p 3 这 2 个变量作为 LUT 的地址输入, 则 LU T 总的地址输入为 17 位 , 因此 LUT 将占用 217 ×10 =1 310 720位的 ROM 空间. 采用传统方法设计的 LUT 需要大量的 ROM 空间, 所以本文采用本课题组所提出的幅值增量比较算法来得到 3 阶误差的数值 .

幅值增量算法的原理

幅值增量比较算法利用二元单调函数 Z =F( X ,Y ) 的单调特性,通过改变 LU T 的存储数据以及使用比较器和加法器, 将该二元函数的一个变量值作为 ROM 的地址输入,另外一个变量值与 ROM 的存储值进行比较, 将比较值相加来实现函数值的输出 .

在传统的 LUT 设计中, 当输入为( X m , Y n) 时,将变量 X m 、 Y n 作为地址, 去寻找 Z mn 的值 ,在幅值增量比较算法中 ,将变量 X 作为地址, Z的值按照单调性排列作为 ROM 的编号( Z 的数值恰好等于 ROM 的编号), X 和 Z 对应的变量 Y 被写入 LUT 中, 左下角空缺以 0 补齐 ,右上角空缺以变量Y 的最大值加 1 后的值进行填补.当输入为( X m ,Y mi) 时 ,将 Y mi 与 X m 相对应的 LU T的值相比较 ,根据函数的单调性, 小于或等于 Y mi 的LU T 值的个数即为函数值 Z  .