專利名稱：混合數(shù)字/模擬處理電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路。
現(xiàn)在大部分電路都是數(shù)字的。模擬電路通常被認(rèn)為難以建立，而且不如數(shù)字電路穩(wěn)定。在可以利用模擬電路或其等效數(shù)字電路提供同一種功能的情況下，總是使用數(shù)字電路。盡管如此，還是存在模擬電路是優(yōu)選的應(yīng)用。例如，在某些應(yīng)用中，模擬放大器是優(yōu)選的。
執(zhí)行模擬功能的電路通常缺乏靈活性。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種克服或減輕上述缺點(diǎn)的電路。
數(shù)字半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)穩(wěn)定發(fā)展了很多年，導(dǎo)致更小的晶體管尺寸和每個(gè)芯片上增加的晶體管個(gè)數(shù)。由數(shù)字處理器所提供計(jì)算能力的提高速度每18個(gè)月就會(huì)增加一倍，這種現(xiàn)象稱為摩爾定律。
對于增強(qiáng)的處理能力還有持續(xù)的要求。但是在很多應(yīng)用，尤其是便攜式設(shè)備中，功率消耗是重要的限制因素。在數(shù)字處理器中，功率消耗是晶體管門電路個(gè)數(shù)乘每秒切換循環(huán)次數(shù)的函數(shù)。隨著晶體管個(gè)數(shù)和切換循環(huán)次數(shù)的增加，處理器的功率消耗成為一個(gè)重要問題。電池使用壽命和處理能力越來越不兼容，其結(jié)果是許多便攜式設(shè)備的處理能力和/或電池使用壽命受到了嚴(yán)重限制。
在單個(gè)大規(guī)模數(shù)字集成電路中，存在與提供大量晶體管相關(guān)的根本性能限制。這些限制是由于有功和無功元件(包括片內(nèi)連接)日益減小的尺寸造成的。隨接近性能限制引起的問題包括產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量。由高功率處理芯片產(chǎn)生的熱量已經(jīng)使散熱成為一個(gè)重要問題。已經(jīng)設(shè)想散熱問題將對處理能力和性能的進(jìn)一步提高造成根本的限制。其它與大規(guī)模數(shù)字集成電路相關(guān)的問題包括寄生電容和串?dāng)_。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種克服或基本上減輕至少一種上述缺點(diǎn)的電路。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電路，包括數(shù)字處理器、模擬處理裝置、將來自數(shù)字處理器的數(shù)字值輸出轉(zhuǎn)換成由模擬處理裝置處理的模擬值的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、及將結(jié)果模擬值轉(zhuǎn)換成輸入到數(shù)字處理器的數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中模擬處理裝置包括一個(gè)或多個(gè)模擬處理器，而且該電路在數(shù)字處理器的控制下可動(dòng)態(tài)重新配置，從而模擬處理裝置根據(jù)第一功能處理模擬值，重新配置以后，模擬處理裝置根據(jù)第二功能處理模擬值。
本發(fā)明是有利的，因?yàn)樗峁╈`活性，允許利用模擬處理裝置根據(jù)要求使用不同功能。
優(yōu)選地，一旦對模擬處理裝置進(jìn)行重新配置以便根據(jù)第二功能處理模擬值，數(shù)字處理器就可操作來調(diào)整模擬處理裝置的工作參數(shù)。這是有利的，因?yàn)樗_保模擬處理裝置正確地應(yīng)用第二功能。
模擬處理裝置可以包括多個(gè)布置成根據(jù)不同功能處理模擬值的模擬處理器，第一模擬處理器布置成根據(jù)第一功能處理模擬值，而第二模擬處理器布置成根據(jù)第二功能處理模擬值，數(shù)字處理器可操作來選擇模擬處理器。
一種給定的模擬處理器可以配置成根據(jù)第一功能處理模擬值并具有可調(diào)工作參數(shù)，從而通過調(diào)節(jié)工作參數(shù)，該同一模擬處理器可以重新配置以便根據(jù)第二功能處理模擬值，數(shù)字處理器可操作來選擇工作參數(shù)。
優(yōu)選地，該電路是數(shù)字信號處理系統(tǒng)，而第一和第二功能是計(jì)算功能。術(shù)語計(jì)算功能的意思是可以由傳統(tǒng)微處理器數(shù)字執(zhí)行的功能。本發(fā)明這種優(yōu)選的特性克服了與傳統(tǒng)數(shù)字處理相關(guān)的缺點(diǎn)。特別地，模擬處理可用于實(shí)現(xiàn)利用數(shù)字處理非常昂貴的功能，從而提供功率消耗的根本降低。這提供了兩個(gè)好處，即更長的電池使用壽命和降低的熱量產(chǎn)生。
優(yōu)選地，數(shù)字處理器是微處理器。術(shù)語微處理器的意思是能夠運(yùn)行指令集的處理器。術(shù)語微處理器的意思并不是指處理器包括傳統(tǒng)微處理器的所有功能性。例如，微處理器可以是微處理器內(nèi)核。
可選地，數(shù)字處理器可以通過專用邏輯構(gòu)造。
優(yōu)選地，該電路還包括布置成選擇數(shù)字處理器所需模擬處理器的模擬信號分解器，該模擬信號分解器連接在數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模擬處理器間。
優(yōu)選地，模擬信號分解器包括來自模擬處理器的輸入。
優(yōu)選地，數(shù)字處理器可操作選擇多于一個(gè)模擬處理器的組合來提供組合功能。
優(yōu)選地，該電路還包括布置成選擇該模擬處理器組合的開關(guān)。
優(yōu)選地，該開關(guān)是交叉點(diǎn)開關(guān)。
優(yōu)選地，至少一個(gè)模擬處理器包括多個(gè)處理通道，而且該電路還包括布置成為提供具有要求精度或速度的功能而選擇所需個(gè)數(shù)通道的開關(guān)。
優(yōu)選地，該開關(guān)是交叉點(diǎn)開關(guān)。
優(yōu)選地，該電路還包括連接在模擬處理裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的模擬信號復(fù)用器。
優(yōu)選地，為該模擬信號復(fù)用器提供傳送到模擬處理器的輸出。
優(yōu)選地，為該模擬信號復(fù)用器提供來自模擬處理器的輸入。
優(yōu)選地，該電路還包括布置成提供偏流的偏流發(fā)生裝置，該偏流確定一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作參數(shù)。
優(yōu)選地，該電路還包括連接到偏流發(fā)生裝置的偏流鎖存器，該偏流鎖存器布置成保持一個(gè)數(shù)字值，該數(shù)字值確定由偏流發(fā)生裝置提供的偏流。
優(yōu)選地，由偏流鎖存器保持的數(shù)字值是由數(shù)字處理器提供的。
數(shù)字處理器可以布置成通過個(gè)別調(diào)節(jié)工作參數(shù)、將測試信號施加到一個(gè)或多個(gè)模擬處理器、監(jiān)視該一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的輸出及重復(fù)該過程直到確定該一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作令人滿意，來調(diào)整一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作參數(shù)。
可選地，為了獲得關(guān)于一個(gè)或多個(gè)模擬處理器工作的統(tǒng)計(jì)信息然后從中選擇最佳的工作參數(shù)集，數(shù)字處理器可以布置成通過重復(fù)調(diào)節(jié)組合的一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的多個(gè)工作參數(shù)并監(jiān)視該一個(gè)或多個(gè)模擬處理器對測試信號的響應(yīng)來調(diào)整一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作參數(shù)。
測試信號可以由數(shù)字處理器數(shù)字合成，或者由外部模擬裝置提供。
優(yōu)選地，該電路還包括數(shù)字處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器與之相連的總線。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以使用神經(jīng)形態(tài)信號處理。
由模擬處理器提供的處理可以包括一種或多種需要多個(gè)模擬運(yùn)算的功能。
優(yōu)選地，該多個(gè)模擬運(yùn)算是并行執(zhí)行的。
優(yōu)選地，該多個(gè)模擬運(yùn)算的結(jié)果是通過單個(gè)輸出連接從模擬處理裝置輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的。
優(yōu)選地，模擬處理裝置包括偏置工作在弱反轉(zhuǎn)區(qū)的晶體管。
優(yōu)選地，模擬處理裝置是利用晶體管、電阻器、電容器和電感線圈構(gòu)造的。
由一個(gè)模擬處理器提供的處理可以包括線性算法。
可選地，由一個(gè)模擬處理器提供的處理可以包括非線性算法。
由一個(gè)模擬處理器提供的處理可以包括傅立葉處理、Viterbi解碼、隱馬爾可夫處理、IMDC變換、Turbo解碼、對數(shù)域處理、獨(dú)立分量分析或向量量化中的任意一種。模擬處理器還可以提供其它處理。
優(yōu)選地，該電路是集成電路。
優(yōu)選地，數(shù)字處理器是集成電路上提供的多個(gè)數(shù)字處理器之一。
優(yōu)選地，當(dāng)模擬處理裝置配置成根據(jù)第一功能處理模擬值時(shí)，數(shù)字處理器可操作調(diào)整模擬處理裝置的工作參數(shù)。
現(xiàn)在僅通過舉例并參考附圖描述本發(fā)明一種具體實(shí)施方案，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明電路的示意圖；圖2是圖1電路和相關(guān)數(shù)字處理器的示意圖；圖3是圖1和2所示電路中單個(gè)模擬處理裝置的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明布置的幾個(gè)模擬處理裝置的示意圖；及圖5是圖1所示模擬信號分解器的示意圖。
所示本發(fā)明實(shí)施方案包括布置成調(diào)用模擬子程序的集成數(shù)字信號處理系統(tǒng)。圖1所示集成電路包括模擬子程序塊1及嵌入式精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)微處理器2。微處理器2連接到處理器I/O和控制總線3。同時(shí)連接到總線3的還有數(shù)模轉(zhuǎn)換器4(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器5(ADC)。DAC具有連接到模擬信號分解器6的輸出，該模擬信號分解器6又連接到模擬子程序塊1。模擬子程序塊1的輸出連接到模擬信號復(fù)用器7。信號復(fù)用器7的輸出連接到ADC 5。
用于操作的控制信號通過總線3從微處理器2傳送到DAC 4、ADC 5、模擬信號分解器6和模擬信號復(fù)用器7。
在使用中，處理器以傳統(tǒng)方式執(zhí)行數(shù)字程序。參考圖2，微處理器2通過調(diào)用不同的數(shù)字信號處理器8來以傳統(tǒng)方式執(zhí)行程序。模擬子程序塊1配置成完成利用數(shù)字處理器執(zhí)行時(shí)非常昂貴的操作，例如傅立葉變換。當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用需要執(zhí)行傅立葉變換時(shí)，數(shù)字值通過DAC 4傳送到執(zhí)行傅立葉變換的模擬子程序塊1。模擬輸出值傳送到ADC 5，而轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值傳送到微處理器2。模擬塊用來執(zhí)行傅立葉變換的事實(shí)對微處理器用戶(如編程人員)是不可見的。
再參考圖1，如果輸入值最初是由微處理器以數(shù)字形式存儲(chǔ)的，則它們傳送到總線3，然后由DAC 4轉(zhuǎn)換成模擬表示并傳送到模擬信號分解器6。但是，如果輸入值最初是模擬形式的，則它們從外部輸入37傳送到模擬信號分解器6。信號分解器6分離模擬值并將它們傳送到執(zhí)行傅立葉變換的模擬子程序塊1(這將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述)。
從模擬子程序塊輸出的模擬值傳送到模擬信號復(fù)用器7。如果要求輸出值是數(shù)字形式的，則模擬信號復(fù)用器7將輸出值傳送到ADC 5。ADC 5將模擬輸出值轉(zhuǎn)換成通過總線3傳送到微處理器2的數(shù)字輸出值。如果要求輸出值是模擬形式的，則模擬信號復(fù)用器7直接將輸出值傳送到外部輸出38。
外部輸入37包括直接傳送到模擬信號復(fù)用器7的分支37a。這可以在例如信號最初在數(shù)字域中進(jìn)行處理、隨后又在模擬域中進(jìn)行處理(信號傳送到微處理器2進(jìn)行數(shù)字處理，隨后又傳送到模擬子程序塊1)時(shí)使用?？蛇x地，分支37a可以在期望比較模擬子程序塊1信號輸出與模擬子程序塊1信號輸入時(shí)使用。
如果傅立葉變換的輸入和輸出都是數(shù)字的，則從微處理器2的觀點(diǎn)看，由模擬子程序塊1執(zhí)行的傅立葉變換實(shí)際上是一個(gè)子程序，其中數(shù)字值發(fā)送到該子程序并從該子程序接收數(shù)字值。
用于執(zhí)行傅立葉變換的模擬子程序塊1是一個(gè)8通道濾波器組，為每個(gè)濾波器都提供功率電平檢測器。該濾波器和功率電平檢測器的組合提供了簡單的傅立葉處理器。傅立葉處理器將進(jìn)入的信號過濾到子頻帶范圍內(nèi)并確定包含在這些頻帶每一個(gè)中的平均功率，即基本上執(zhí)行頻譜分析。所示實(shí)例有8個(gè)子頻帶，其中一個(gè)4階濾波器選擇各個(gè)子頻帶。
圖3示意性地示出了該濾波器組的一個(gè)通道。每個(gè)通道都包括級聯(lián)的兩個(gè)2階帶通部分10、11，從而實(shí)現(xiàn)每個(gè)通道的4階帶通特性。每個(gè)2階部分10、11都具有可獨(dú)立調(diào)節(jié)的中心頻率、帶寬和增益。中心頻率、帶寬和增益的值對于每個(gè)部分10、11是由偏流電路12、13控制的。每個(gè)偏流電路12、13都包括多個(gè)根據(jù)偏流鎖存器14、15中設(shè)置的數(shù)字值集選擇的可開關(guān)電流源。該數(shù)字值是數(shù)字字，字的長度(即位數(shù))依賴于所需的調(diào)整分辨率。例如，適當(dāng)粗調(diào)只需要3或4位，而微調(diào)所需的值可能有8位字。每個(gè)偏流鎖存器14、15的大小等于調(diào)整相應(yīng)部分10、11所需位數(shù)的總和。偏流鎖存器中的每個(gè)字值組是由微處理器2控制的。微處理器2可以同時(shí)改變鎖存器中所有的字值，或者如果只有一個(gè)特定參數(shù)要調(diào)整則調(diào)節(jié)單個(gè)字值。
應(yīng)當(dāng)理解偏流電路12、13不必包括電流源，但是可以例如包括電容器組或其它元件。
通道內(nèi)的兩個(gè)2階濾波器10、11額定值是完全相同的。濾波器10、11的中心頻率設(shè)置成與所有其它通道濾波器的不同。對于音頻處理應(yīng)用，濾波器設(shè)置成每個(gè)通道覆蓋大約300Hz-10kHz范圍內(nèi)一個(gè)獨(dú)立的子頻帶。各通道確切的頻率范圍、中心頻率和調(diào)整范圍依賴于要使用該電路的應(yīng)用。
功率電平檢測器16確定包括在濾波器級聯(lián)10、11特定頻帶中的平均功率。功率電平檢測器的工作類似于用于在例如無線接收器應(yīng)用中提供自動(dòng)增益控制的接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)功能。一般地，輸入信號X通過平方電路(產(chǎn)生X2)，然后該平方輸出利用低通濾波器“求平均”。低通濾波器的參數(shù)是由偏置電路17和偏置鎖存器18控制的。如果低通濾波器的帶寬太高，則不期望的高頻分量也將出現(xiàn)在功率電平檢測器16的輸出中。如果低通濾波器的帶寬非常低，則功率電平檢測器對輸入功率中變化的響應(yīng)時(shí)間也非常慢。最佳帶寬隨電路的應(yīng)用而變，是相應(yīng)地進(jìn)行選擇的。偏置電路17和偏置鎖存器18以與前述偏流電路12、13和偏置鎖存器14、15相同的方式工作。
除了圖3所示的傅立葉處理器或作為它的一種可選方案，以下功能可以由模擬子程序塊來執(zhí)行Viterbi解碼器、隱馬爾可夫、IMDC變換、Turbo解碼器、對數(shù)域?yàn)V波器、獨(dú)立分量分析或向量量化等。這些是數(shù)字計(jì)算密集和大能耗功能的模擬實(shí)現(xiàn)。一種實(shí)例在圖4中示出，其中有3個(gè)模擬子程序塊20通過總線3連接到微處理器2。與模擬子程序塊20的連接是由圖1所示模擬信號分解器控制的。
模擬信號分解器6基本上是一個(gè)將模擬輸入信號連接到一個(gè)或多個(gè)模擬子程序塊的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(可以使用任何其它合適的開關(guān)裝置)。模擬信號分解器6在圖5中示意性地示出。電子開關(guān)31-36由微處理器(圖5未示出)控制。為模擬信號分解器6提供兩個(gè)輸入。第一輸入4a傳輸來自DAC(圖5未示出)的信號。第二輸入37是連接到模擬信號分解器6的外部輸入。由外部輸入37傳輸?shù)男盘柨梢詠碜酝獠繙y試針，或來自如片外傳感器的外部輸入，或來自片內(nèi)傳感器，或者也可以是芯片上其它某個(gè)地方模擬電路的輸出。
參考圖5，如果關(guān)閉開關(guān)31，則來自外部模擬輸入37的輸入信號饋送到模擬子程序塊F(X)。如果關(guān)閉開關(guān)35，則來自微處理器的數(shù)字信號通過DAC 4并饋送到模擬子程序塊G(X)。模擬子程序塊可以根據(jù)任何合適的功能處理模擬值，例如模擬子程序塊F(X)可以是濾波器，而模擬子程序塊G(X)可以是傅立葉處理器。在有些情況下，模擬子程序塊F(X)、G(X)可以執(zhí)行具有不同特性的相似功能。例如，F(xiàn)(X)可以是具有6階Butterworth響應(yīng)的濾波器，而G(X)可以是具有8階Cauer響應(yīng)的濾波器。有可能配置一特定的模擬子程序塊執(zhí)行第一濾波器功能，然后通過調(diào)節(jié)該子程序塊的工作參數(shù)重新配置同一模擬子程序塊來執(zhí)行第二濾波器功能。
模擬信號復(fù)用器7執(zhí)行與模擬信號分解器6相反的操作。當(dāng)模擬信號分解器6將兩個(gè)輸入通道4a、37中的一個(gè)路由到一個(gè)或多個(gè)模擬子程序塊的輸入時(shí)，模擬信號復(fù)用器將一個(gè)模擬子程序塊輸出路由到兩個(gè)輸出通道中的一個(gè)。參考圖1，第一輸出通道5a將信號傳輸?shù)紸DC，而第二輸出通道38將信號傳輸?shù)酵獠磕M元件。此外，復(fù)用器是簡單的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其開關(guān)配置由RISC處理器控制。工作期間，情況有可能是來自模擬處理部分的輸出信號沒有傳送到RISC處理器，而是輸出到了片外(例如，輸出到了片外變頻器)或饋送到了片內(nèi)另一元件(如集成變頻器)。在這種情況下，適當(dāng)模擬子程序的輸出將由模擬信號復(fù)用器路由到外部輸出通道38。
圖4所示由模擬子程序塊20提供的功能是可重新配置的?？梢允垢髂M子程序塊之間的互連能夠修改由模擬子程序塊組合提供的高級功能。為了達(dá)到這個(gè)目的，各模擬子程序塊之間的輸入-輸出連接是由稱為交叉點(diǎn)開關(guān)的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(未示出)構(gòu)成的。交叉點(diǎn)開關(guān)由微處理器2控制。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任何合適類型的開關(guān)。
可重新配置功能的有效性在以下實(shí)例中進(jìn)行了說明在本發(fā)明的一種可能應(yīng)用中，為了驅(qū)動(dòng)圖形均衡顯示，需要傅立葉變換子程序塊1來處理音頻信號。在另一種可能應(yīng)用中，傅立葉變換塊1是一個(gè)簡單語音識別系統(tǒng)的前端。在該第二種應(yīng)用實(shí)例中，微處理器2配置交叉點(diǎn)開關(guān)，從而來自傅立葉變換塊的輸出連接到另一包括隱馬爾可夫模型子程序以實(shí)現(xiàn)簡單語音識別系統(tǒng)的模擬子程序塊。
由單個(gè)模擬子程序塊提供的功能可以重新配置。例如，參考圖1，模擬子程序塊利用4階帶通濾波器在一組通道中提供傅立葉變換，實(shí)現(xiàn)為兩個(gè)2階帶通部分的級聯(lián)連接。在某種特定的應(yīng)用中，也許在模擬子程序塊的每個(gè)通道中有一個(gè)2階帶通濾波器就足夠了。在這種情況下，微處理器2配置交叉點(diǎn)開關(guān)，從而每個(gè)通道中的一個(gè)2階部分?jǐn)嚅_并斷電。這樣做可以降低功率消耗。
調(diào)整圖1所示模擬子程序塊1的通道以確保通道能正確工作。通道的調(diào)整由微處理器2控制并遵循預(yù)編程的軟件算法。微處理器2順序調(diào)整每個(gè)通道，每次一個(gè)電路塊，同時(shí)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)調(diào)整參數(shù)。微處理器2最初設(shè)置偏置鎖存器中的位模式來給出額定偏置值。然后施加模擬輸入，微處理器2配置模擬信號分解器6從而將模擬輸入路由到被調(diào)整的模擬子程序塊(一般各模擬子程序塊是單獨(dú)調(diào)整的)。如果微處理器2自己生成測試信號，例如數(shù)字合成信號，則DAC 4的輸出將路由到進(jìn)行測試的模擬子程序塊的輸入。但是在有些情況下，用于調(diào)整的輸入信號可以通過輸入測試針來自外部源，如掃描頻率源。在這種情況下，模擬信號分解器6將設(shè)置成外部輸入信號路由到進(jìn)行測試的子程序的輸入。在這種情況下，DAC 4的輸出將不會(huì)連接到任何模擬子程序的輸入。
模擬信號復(fù)用器7由微處理器2配置，以確保來自進(jìn)行測試的子程序或子程序通道的輸出信號通過ADC 5路由到微處理器2。由于輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)是已知的，因此微處理器2可以確定進(jìn)行測試的子程序或子程序通道的響應(yīng)。將該響應(yīng)同存儲(chǔ)的模板進(jìn)行比較，如果測量響應(yīng)偏離存儲(chǔ)的模板，則調(diào)節(jié)偏置鎖存器14、15位模式并重復(fù)該過程。根據(jù)測量響應(yīng)與所需響應(yīng)相差多少，對存儲(chǔ)在偏置鎖存器14、15中位模式的調(diào)節(jié)執(zhí)行粗調(diào)和微調(diào)步驟。當(dāng)測量出響應(yīng)在要求的公差內(nèi)時(shí)，微處理器2運(yùn)行到要調(diào)整的下一子程序或子程序通道。
調(diào)整過程在開啟時(shí)執(zhí)行，然后按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔執(zhí)行。調(diào)整可以在不工作時(shí)執(zhí)行。當(dāng)不需要調(diào)整時(shí)，微處理器2可以斷電，或者如果需要，也可用于運(yùn)行常規(guī)程序。類似地，當(dāng)不使用時(shí)，ADC、DAC和模擬元件也可以斷電。以這種方式使元件斷電降低了功率消耗。
第二種執(zhí)行子程序塊1調(diào)整的方式是利用統(tǒng)計(jì)調(diào)整。在統(tǒng)計(jì)調(diào)整中，多個(gè)子程序的偏流值改變，然后測量和記錄電路響應(yīng)。該過程重復(fù)很多次。根據(jù)所獲得的測量響應(yīng)，利用統(tǒng)計(jì)算法將電路快速調(diào)整到設(shè)計(jì)空間的“中心”。
用于統(tǒng)計(jì)調(diào)整的偏置值預(yù)編程到微處理器2存儲(chǔ)器中，并根據(jù)模擬子程序塊1的功能和由構(gòu)成模擬子程序塊1的方式引起的過程變化進(jìn)行選擇。
與常規(guī)調(diào)整相比，統(tǒng)計(jì)調(diào)整是有利的，因?yàn)樗子谑鼓M子程序塊1到達(dá)模擬子程序塊1設(shè)計(jì)區(qū)域的中心。如果使用常規(guī)調(diào)整，電路可以調(diào)整，直到它通過所有要求的規(guī)范，但事實(shí)上它可能剛好在設(shè)計(jì)區(qū)域的邊緣。這意味著如果例如溫度有一點(diǎn)變化，模擬子程序塊1的性能就將漂移到設(shè)計(jì)區(qū)域的外面。如果將模擬子程序塊1調(diào)整到設(shè)計(jì)區(qū)域的中心，例如通過統(tǒng)計(jì)調(diào)整，則工作參數(shù)中的一點(diǎn)變化不會(huì)使模擬子程序塊1移動(dòng)到設(shè)計(jì)區(qū)域的外面。
統(tǒng)計(jì)調(diào)整在Quality and Reliability EngineeringInternational Vol.14，pp.177-186，1998由Z.Malik、H、Su、J.Nelder所著的Informative Expefimental Design for Electronic Circuits’中進(jìn)行了描述；此外還在Reading，1998由R.Spence和R.S.Soin、Addison-Wesley所著的Tolerance Design of Electronic Circuits中進(jìn)行了描述。這些參考都提到了在構(gòu)造之前利用統(tǒng)計(jì)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)。統(tǒng)計(jì)調(diào)整通常不是現(xiàn)有技術(shù)所使用的，因?yàn)檎J(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)沒有足夠的連接使模擬元件和調(diào)整處理器之間進(jìn)行有效通信。本發(fā)明允許使用統(tǒng)計(jì)調(diào)整方法，因?yàn)樗谖⑻幚砥?和模擬子程序塊(它們都是單個(gè)集成電路的一部分)之間提供了大量連接。由于不涉及片外通信，因此模擬子程序塊和微處理器2之間通過總線3的通信非?？?，從而允許快速執(zhí)行統(tǒng)計(jì)調(diào)整。
微處理器2是利用傳統(tǒng)的用戶可配置RISC體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。由一種緊湊軟件算法給出該體系結(jié)構(gòu)的功能性。該軟件算法包括用于一個(gè)或多個(gè)模擬子程序塊的維護(hù)代碼，及用于DAC、ADC、模擬信號分解器和復(fù)用器的控制代碼。周期性地調(diào)用維護(hù)代碼以重新校準(zhǔn)可能漂移出其最佳值的模擬子程序塊的參數(shù)?？刂拼a控制模擬元件(子程序、ADC等)的尋址和模擬/數(shù)字計(jì)算同步的重要任務(wù)。
該軟件算法嵌在芯片上，充當(dāng)其它應(yīng)用程序的核心。該算法使得芯片編程人員不需要知道他們的代碼是以數(shù)字還是模擬形式實(shí)現(xiàn)的。這是該電路，尤其是模擬子程序的應(yīng)用，的一個(gè)重要特性。
微處理器包括必要的存儲(chǔ)器、總線仲裁、地址解碼器和其它操作微處理器子系統(tǒng)所需的外圍電路。
具有帶一個(gè)2階濾波器的16-通道濾波器的傅立葉處理器可以代替圖1和3中所示的傅立葉處理器來使用。這種類型的處理器先前已經(jīng)作為耳蝸植入(于01年5月5日提交的英國專利No.0111267.1，“CochlearImplant”)的一部分實(shí)現(xiàn)了。
可以由模擬子程序塊執(zhí)行的功能實(shí)例在下面更加詳細(xì)地考慮隱馬爾可夫模型狀態(tài)解碼隱馬爾可夫模型(HMM)是用于表示基于信號統(tǒng)計(jì)屬性，即利用隨機(jī)方法，的信號屬性特性的模型。HMM廣泛用于語音識別系統(tǒng)。HMM語音識別系統(tǒng)包括一個(gè)概率狀態(tài)機(jī)和跟蹤該機(jī)器對于給定的輸入語音波形狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方法。HMM解碼的一種模擬實(shí)現(xiàn)在IEEEJournal of Solid-State Circuits，Vol.32，No.8，1997年8月，pp.1200-1209由J.Lazzaro、J.Wawrzynek和R.P.Lippman所著的“AMicropower Analogue Circuit Implementation of Hidden MarkovModel State Decoding”中進(jìn)行了描述。
Viterbi解碼Viterbi解碼器實(shí)現(xiàn)卷積代碼的誤差校正Viterbi算法，廣泛用于現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)。關(guān)于模擬Viterbi解碼器的參考包括IEEE Trans.on Circuits and Systems-II，Vol.45，No.12，1998年12月，pp.1527-1537由M.H.Shakiba、D.A.Johns和K.W.Martiv所著的“BiCMOS Circuits for Analogue Viterbi Decoders”。
IEEE Communications Magazine，1999年4月，pp.99-101由H-ALoeliger、F.Tarkoy、F.Lustenberger和M.Helfenstein所著的“Decoding in Analogue VLSI”。
42rd Midwest Symposium on Circuits and Systems，2000，Vol.1，2000年，pp.2-5由K.He、G.Cauwenberghs所著的“Performanceof Analogue Viterbi Decoding”。
獨(dú)立分量分析獨(dú)立分量分析器(ICA)是一種基于由Herault和Jutten提出的H-J網(wǎng)絡(luò)的用于獨(dú)立源分離的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。ICA的一種模擬實(shí)現(xiàn)在IEEE Trans.on Circuits and Systems-II，Vol.42，No.2，1995年2月，pp.65-77由M.Cohen和A.Andreou所著的“Analogue CMOS Integration and Experimentation with anAutoadaptive Independent Component Analyzer”中進(jìn)行了描述。
向量量化對于圖象、語音等的模式識別和數(shù)據(jù)壓縮應(yīng)用，向量量化(VQ)是一種用于對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行高效數(shù)字編碼的常用技術(shù)。一種模擬實(shí)現(xiàn)在IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.32，No.8，1997年8月，pp.1278-1283由G.Cauwenberghs和V.Pedroni所著的“A Low-Power CMOS Analogue Vector Quant izer”中進(jìn)行了描述。
DAC 4和ADC 5可以利用多種不同方法來實(shí)現(xiàn)。一種實(shí)現(xiàn)集成DAC的流行方式是利用電流導(dǎo)引體系結(jié)構(gòu)(例如IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.SC-21，No.6，1986年12月，pp.983-988由T.Miki等所著的“An 80-MHz 8-bit CMOS D/A Converter”)。
根據(jù)系統(tǒng)需求，ADC可以很多種方式來實(shí)現(xiàn)。如果要求非常高的精度(位數(shù))，則δ-Δ轉(zhuǎn)換器將是一種有用的方法。如果不要求高精度，但要求最小化功率消耗和芯片面積，則可以使用逐次近似轉(zhuǎn)換ADC或類似的ADC。
一種最近提出的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法利用通過兩個(gè)積分和激勵(lì)(integrate-and-fire)刺波神經(jīng)元的神經(jīng)形態(tài)信號處理，(Proc.IEEEInt.Symp.on Circuits and Systems(ISCAS)2000，2000年3月28-31日，Geneva、Switzerland，Vol.IV，pp.397-400由R.Sarpeshkar、R.Herrera和H.Yang所著的“A Current-Mode Spike-BasedOverrange-Subrange Analog-to-Digital Converter”)。這種類型的轉(zhuǎn)換器適合于小型低功率應(yīng)用，而且還可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所使用的ADC5。將數(shù)據(jù)編碼為“刺波”，由此刺波間隔是模擬的，而刺波個(gè)數(shù)本身是離散的。因此，刺波很自然地適于混合計(jì)算，即模擬與數(shù)字的混合計(jì)算。這種“基于刺波”的方法也稱為脈沖-頻率調(diào)制(PFM)(見例如IEEEJournal of Solid-State Circuits，Vol.30，No.5，1995年6月，pp.660-669由A.Mortara、E.Vittoz和P.Vernier所著的“ACommunication Scheme for Analogue VLSI Perceptive Systems”)。顯示PFM信號是模擬子系統(tǒng)之間和模擬與數(shù)字子系統(tǒng)之間一種非常有效的通信方式，特別是如果模擬子系統(tǒng)有大量的并行輸出。因此，本發(fā)明可以有利地使用PFM編碼方案用于模擬子程序塊之間及到外部元件的數(shù)據(jù)發(fā)送。
用于實(shí)現(xiàn)該功能性的模擬元件可以是偏置到弱反轉(zhuǎn)區(qū)的晶體管。該晶體管可以是CMOS晶體管。可選地或附加地，也可以使用雙極晶體管或強(qiáng)反相CMOS晶體管。
當(dāng)模擬子程序塊以超低功率CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，由該電路提供的功率節(jié)約是相當(dāng)大的，在有些情況下可能比模擬子程序塊1所提供功能(或由其它模擬子程序塊實(shí)現(xiàn)的其它功能)的可用數(shù)字信號處理實(shí)現(xiàn)好很多倍。
盡管所示實(shí)施方案包括RISC微處理器，但是應(yīng)當(dāng)理解CISC微處理器也可以使用?？蛇x地，也可以使用一些其它形式的微處理器。術(shù)語微處理器的意思是能夠運(yùn)行指令集的處理器。術(shù)語微處理器的意思并不是指處理器包括傳統(tǒng)微處理器的所有功能性。例如，微處理器可以是微處理器內(nèi)核。在單個(gè)芯片上可以提供幾個(gè)微處理器。
該電路可以用于處理采樣數(shù)據(jù)信號。
模擬子程序塊可以利用光學(xué)元件來實(shí)現(xiàn)。例如，傅立葉變換子程序塊可以利用已知的光源裝置和位于適當(dāng)焦平面中的解碼器來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種電路，包括數(shù)字處理器、模擬處理裝置、將來自數(shù)字處理器的數(shù)字值輸出轉(zhuǎn)換成由模擬處理裝置處理的模擬值的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、及將結(jié)果模擬值轉(zhuǎn)換成輸入到數(shù)字處理器的數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中模擬處理裝置包括一個(gè)或多個(gè)模擬處理器，而且該電路在數(shù)字處理器的控制下可動(dòng)態(tài)重新配置，從而模擬處理裝置根據(jù)第一功能處理模擬值，重新配置以后，模擬處理裝置根據(jù)第二功能處理模擬值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中一旦對模擬處理裝置進(jìn)行重新配置以便根據(jù)第二功能處理模擬值，數(shù)字處理器就可操作來調(diào)整模擬處理裝置的工作參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的電路，其中模擬處理裝置包括多個(gè)布置成根據(jù)不同功能處理模擬值的模擬處理器，第一模擬處理器布置成根據(jù)第一功能處理模擬值，而第二模擬處理器布置成根據(jù)第二功能處理模擬值，數(shù)字處理器可操作來選擇模擬處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項(xiàng)的電路，其中一種給定的模擬處理器配置成根據(jù)第一功能處理模擬值并具有可調(diào)工作參數(shù)，從而通過調(diào)節(jié)工作參數(shù)，該同一模擬處理器可以重新配置以便根據(jù)第二功能處理模擬值，該數(shù)字處理器可操作來選擇工作參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)的電路，其中所述電路是數(shù)字信號處理系統(tǒng)，而第一和第二功能是計(jì)算功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)的電路，其中所述數(shù)字處理器是微處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任何一項(xiàng)的電路，其中所述數(shù)字處理器是由專用邏輯構(gòu)造的。
8.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述電路還包括布置成選擇數(shù)字處理器所需模擬處理器的模擬信號分解器，該模擬信號分解器連接在數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模擬處理器之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電路，其中所述模擬信號分解器包括來自模擬處理器的輸入。
10.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述數(shù)字處理器可操作選擇多于一個(gè)模擬處理器的組合以便提供組合功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電路，其中所述電路還包括布置成選擇所述模擬處理器組合的開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電路，其中所述開關(guān)是交叉點(diǎn)開關(guān)。
13.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中至少一個(gè)模擬處理器包括多個(gè)處理通道，而且該電路還包括布置成為提供具有要求精度或速度的功能而選擇所需個(gè)數(shù)通道的開關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電路，其中所述開關(guān)是交叉點(diǎn)開關(guān)。
15.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述電路還包括連接在所述模擬處理裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的模擬信號復(fù)用器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電路，其中為所述模擬信號復(fù)用器提供傳送到除所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之外的其它模擬系統(tǒng)的輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16的電路，其中為所述模擬信號復(fù)用器提供來自模擬源的輸入。
18.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述電路還包括布置成提供偏流的偏流發(fā)生裝置，該偏流確定所述一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電路，其中所述電路還包括連接到所述偏流發(fā)生裝置的偏置鎖存器，該偏置鎖存器布置成保持一個(gè)數(shù)字值，該數(shù)字值確定由偏流發(fā)生裝置提供的偏流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的電路，其中所述偏置鎖存器保持的數(shù)字值是由數(shù)字處理器提供的。
21.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述數(shù)字處理器布置成通過個(gè)別調(diào)節(jié)工作參數(shù)、將測試信號施加到所述一個(gè)或多個(gè)模擬處理器、監(jiān)視該一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的輸出及重復(fù)該過程直到確定該一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作令人滿意，來調(diào)整所述一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-20任何一項(xiàng)的電路，其中為了獲得關(guān)于所述一個(gè)或多個(gè)模擬處理器工作的統(tǒng)計(jì)信息然后從中選擇最佳工作參數(shù)集，所述數(shù)字處理器可以布置成通過重復(fù)調(diào)節(jié)組合的所述一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的多個(gè)工作參數(shù)并監(jiān)視該一個(gè)或多個(gè)模擬處理器對測試信號的響應(yīng)來調(diào)整該一個(gè)或多個(gè)模擬處理器的工作參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22的電路，其中所述測試信號是由所述數(shù)字處理器數(shù)字合成的。
24.根據(jù)權(quán)利要求21或22的電路，其中所述測試信號是由外部模擬裝置提供的。
25.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述電路還包括數(shù)字處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器與之相連的總線。
26.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器利用神經(jīng)形態(tài)信號處理。
27.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中由所述模擬處理器提供的處理包括需要多個(gè)模擬運(yùn)算的一種或多種功能。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的電路，其中所述多個(gè)模擬運(yùn)算是并行執(zhí)行的。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的電路，其中所述多個(gè)模擬運(yùn)算的結(jié)果是通過單個(gè)輸出連接從模擬處理裝置輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的。
30.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述模擬處理裝置包括偏置工作在弱反轉(zhuǎn)區(qū)的晶體管。
31.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述模擬處理裝置是利用晶體管、電阻器、電容器和電感線圈構(gòu)造的。
32.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中由一個(gè)所述模擬處理裝置提供的處理包括線性算法。
33.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中由一個(gè)所述模擬處理裝置提供的處理包括非線性算法。
34.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中由一個(gè)所述模擬處理裝置提供的處理包括傅立葉處理、Viterbi解碼、隱馬爾可夫處理、IMDC變換、Turbo解碼、對數(shù)域處理、獨(dú)立分量分析或向量量化。
35.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中所述電路是集成電路。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的電路，其中所述數(shù)字處理器是所述集成電路上提供的多個(gè)數(shù)字處理器中的一個(gè)。
37.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電路，其中當(dāng)所述模擬處理裝置配置成根據(jù)第一功能處理模擬值時(shí)，所述數(shù)字處理器可操作調(diào)整模擬處理裝置的工作參數(shù)。
38.基本上如上文參考附圖所描述的電路。
全文摘要
一種電路，包括數(shù)字處理器、模擬處理裝置、將來自數(shù)字處理器的數(shù)字值輸出轉(zhuǎn)換成由模擬處理裝置處理的模擬值的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、及將結(jié)果模擬值轉(zhuǎn)換成輸入到數(shù)字處理器的數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中模擬處理裝置包括一個(gè)或多個(gè)模擬處理器，而且該電路是在數(shù)字處理器的控制下可動(dòng)態(tài)重新配置的，從而模擬處理裝置根據(jù)第一功能處理模擬值，重新配置以后，模擬處理裝置根據(jù)第二功能處理模擬值。
文檔編號G06J1/00GK1568477SQ02820287
公開日2005年1月19日 申請日期2002年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
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