数字过采样传感器系统、装置和方法中的时间延迟制造方法及图纸

描述了用于对从模数转换器(ADC)输出的信号进行时间延迟的系统和方法。所述ADC包括响应于模拟场量的数字传感器。所述数字传感器被配置为以采样时钟频率输出过采样数字输出信号。时间延迟元件被配置为接收所述过采样数字输出信号作为输入并输出时间延迟的过采样数字输出信号。滤波器被配置为接收所述经延迟的过采样数字输出信号作为输入。所述滤波器将所述经延迟的过采样数字输出信号低通滤波并抽取至较低采样率。输出包括经低通滤波、抽取、延迟的数字输出信号，其中，所述较低采样率小于所述采样时钟频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字过采样传感器系统、装置和方法中的时间延迟专利技术背景1.
本专利技术总体上涉及采样系统，更具体地涉及数字过采样传感器系统、装置和方法中的时间延迟。2.
技术介绍
存在于自然界中的场量通常是模拟信号，其具有作为时间函数的连续变化的幅度。这些场量的示例为声压、振动、光等。利用模拟传感器或数字传感器来完成场量的测量。数字电子设备与数字信号一起工作。将模拟信号与数字电子设备进行接口连接呈现出了技术问题，针对该技术问题，需要一种使用技术手段的技术解决方案。附图说明通过参考用于说明本专利技术实施例的以下描述和附图，可以最好地理解本专利技术。在实施例中通过示例的方式并且在附图中以非限制性的方式展示本专利技术，在这些附图中，相同参考标记指示类似元件。图1展示了数字传感器系统。图2A展示了根据本专利技术实施例的在模数转换器(ADC)系统内对过采样信号进行时间延迟。图2B展示了根据本专利技术实施例的来自图2A的两个信号。图2C展示了根据本专利技术实施例的利用∑-δ调制和脉冲密度调制(PDM)的过采样系统。图3展示了根据本专利技术实施例的来自图2C的系统的应用。图4展示了根据本专利技术实施例的脉冲密度调制(PDM)接收器架构。图5展示了根据本专利技术实施例的在脉冲密度调制(PDM)接收器的各级之间放置时间延迟。图6展示了根据本专利技术实施例的在脉冲密度调制(PDM)接收器的不同级之间放置时间延迟。图7展示了根据本专利技术实施例的在脉冲密度调制(PDM)接收器内的又另一个位置中放置时间延迟。图8展示了根据本专利技术实施例的模数转换器(ADC)系统中的可编程时间延迟。图9A展示了根据本专利技术实施例的用于多个传感器的时间延迟。图9B展示了根据本专利技术实施例的施加到来自单个传感器的输出的多个时间延迟。图10展示了根据本专利技术实施例的波束成形。图11A和图11B展示了根据本专利技术实施例的由分数延迟提供的增加的分辨率。图12展示了根据本专利技术实施例的向过采样系统赋予时间延迟的过程。图13展示了根据本专利技术实施例的在波束成形过程中使用赋予过采样系统的时间延迟的过程。图14展示了可以在其中使用本专利技术实施例的数据处理系统。具体实施方式在本专利技术实施例的以下详细说明中，对附图进行参考，在这些附图中，相同参考标记指示类似元件，并且其中通过说明的方式示出其中可以实践本专利技术的具体实施例。这些实施例以足够的细节加以描述以使得本领域技术人员能够实践本专利技术。在其他情况下，未详细示出公知的电路、结构和技术，以避免模糊对本说明书的理解。因此以下详细说明不应以限制的含义来理解，并且本专利技术的范围仅由所附权利要求来限定。描述了用于将时间延迟施加至过采样数字信号的系统和方法。在各个实施例中，在模数转换器(ADC)中的信号处理期间，将时间延迟施加到数字信号的过采样域内的各个位置。图1总体上以100展示了数字传感器系统。参考图1，由数字传感器系统104感测模拟场量102。如图1中的104处所表示的，数字传感器系统包括数字传感器，该数字传感器通常被配置为对模拟信号102进行过采样。在数字传感器系统104内，将过采样信号输入到接收器，该接收器对该过采样信号进行抽取和低通滤波，以便在106处以基带采样率输出作为模拟场量102的数字表示的信号。在108处，可以将时间延迟赋予数字基带信号。时间延迟108可以具有各种长度，并且有时表示为两部分，即整数部分和分数部分。第一部分114可以被称为整数延迟，其中，“整数”指的是整数个基带采样率周期。第二部分110可以被称为分数延迟，其中，“分数”指的是基带采样率周期的分数。在116处输出数字信号106的经时间延迟的数字版本。经时间延迟的数字信号116可以用于各种后续过程，比如波束成形等。图2A总体上以200展示了根据本专利技术实施例的在模数转换器(ADC)系统内对过采样信号进行时间延迟。参考图2A，在ADC的过采样域中插入时间延迟。在各个实施例中，在数字过采样的传感器输出信号与用于处理过采样的数字输出信号的接收器之间插入时间延迟。在操作中，模拟场量202入射在数字传感器212上。在214处，数字传感器212将入射模拟场转换为过采样数字输出信号，该输出信号在信号214的位流内保留信号的相位信息。在各个实施例中，过采样信号214被提供为脉冲密度调制(PDM)信号。在其他实施例中，可以采用其他数字化方法来对过采样信号进行数字化。在过采样传感器212中发生的过采样以采样时钟频率发生。通常由数据处理系统或专用数字信号处理系统(DSP)时钟在外部提供采样时钟信号，该采样时钟信号被分成用于对数字传感器212进行采样的期望采样时钟频率。在其他实施例中，甚至可以在与数字传感器同一集成电路上本地提供采样时钟。将过采样数字信号214输入到延迟元件216中，并在对过采样数字信号赋予时间延迟“Δt”之后在218处输出。在延迟元件216处对过采样数字信号214赋予的时间延迟Δt由整数个采样时钟周期来表示。当期望在延迟元件216处赋予“分数延迟”时，则在216处赋予的最大采样时钟周期数等于采样时钟频率除以基带采样率的比率，在本文中由变量“R”表示。以下结合下面的图更全面地讨论R。注意，在其他实施例中，系统被配置为没有等式(3)的约束R。在这种情况下，由延迟元件216强加的延迟超过等式(3)的上限R。在各个实施例中，延迟元件216被实施为缓冲器，其可以是可编程的。在其他实施例中，利用延迟线来实施延迟元件；延迟线可以是可编程延迟线。在其他实施例中，利用电路来实施延迟元件，该电路被构造成提供延迟，并且延迟可以是可编程的。可编程延迟元件216将允许根据需要来调节延迟Δt的大小。在波束成形的背景下，(多个)可编程延迟将允许利用两个或更多个传感器形成的波束被操纵到不同方向。以下将结合下面的图更全面地讨论波束成形。来自延迟元件216的输出信号是经延迟的过采样数字信号218，其被输入到接收器模块220中。接收器模块220执行低通滤波和抽取的功能。低通滤波移除了过采样过程产生的高频噪声，并且抽取将采样频率降低到基带采样率。在222处，从接收器模块220输出基带数字信号。基带信号222是数字信号，该数字信号具有由感兴趣的应用规定的带宽，并且取决于数字化方法，具有相对于从数字传感器212输出的过采样数字信号214而言增加的动态范围。作为模拟场量204的正弦表示的说明，其被展示为时间206和幅度208的函数。标记210指示场量204中的峰值t1。在时间延迟“Δt”被赋予到过采样数字信号并且在接收器220中执行上述后处理之后，处于在此说明的目的，当信号在222处被转换回模拟信号时，其将如224处所展示的那样，其中，经时间延迟的幅度224被时间延迟了Δt，从而导致信号224的峰值幅度延迟到t1+Δt，如219处所展示的。因此，在上述图2A中的系统中将时间延迟赋予到过采样数字信号。通过插入延迟元件216来完成赋予时间延迟，在各个实施例中，这可以在一个实施例中通过插入如在过采样数字传感器输出214与到接收模块220的输入之间所示的缓冲器来完成。在下面的图中描述的替代实施例中，时间延迟元件将被插入在接收器模块的各级之间。因此，本专利技术的实施例不限于在到接收器模块220的输入上引入时间延迟元件。在各个实施例中，在数字传感器212中执行的过采样是在模数转换(A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对从模数转换器(ADC)输出的信号进行时间延迟的系统，所述系统包括：响应于模拟场量的数字传感器，所述数字传感器被配置为以采样时钟频率输出过采样数字输出信号；以及时间延迟元件，所述时间延迟元件被配置为接收所述过采样数字输出信号作为输入并且输出经时间延迟的过采样数字输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.01 US 15/225,7451.一种用于对从模数转换器(ADC)输出的信号进行时间延迟的系统，所述系统包括：响应于模拟场量的数字传感器，所述数字传感器被配置为以采样时钟频率输出过采样数字输出信号；以及时间延迟元件，所述时间延迟元件被配置为接收所述过采样数字输出信号作为输入并且输出经时间延迟的过采样数字输出信号。2.如权利要求1所述的系统，进一步包括：滤波器，所述滤波器被配置为接收所述经时间延迟的过采样数字输出信号作为输入，所述滤波器用于将所述经时间延迟的过采样数字输出信号低通滤波并抽取至较低采样率并且输出经低通滤波、抽取、延迟的数字输出信号，其中，所述较低采样率小于所述采样时钟频率。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述数字传感器利用Σ-δ调制器，并且所述过采样数字输出信号是脉冲密度调制(PDM)信号。4.如权利要求2所述的系统，其中，所述过采样数字输出信号是脉冲密度调制(PDM)信号。5.如权利要求2所述的系统，其中，所述数字传感器是数字麦克风。6.如权利要求5所述的系统，其中，所述数字麦克风利用微机电系统(MEMS)传感器。7.如权利要求2所述的系统，其中，所述模拟场量是声压场。8.如权利要求7所述的系统，其中，由所述时间延迟元件施加的时间延迟是整数个采样时钟周期。9.如权利要求8所述的系统，其中，所述整数个采样时钟周期选自一到采样时钟频率除以基带采样率的范围。10.如权利要求4所述的系统，其中，所述滤波器为PDM接收器。11.如权利要求10所述的系统，其中，所述滤波器为多级滤波器，进一步包括：第一级，所述第一级用于将所述经时间延迟的数字过采样输出信号低通滤波并抽取至第一中间采样率；以及第二级，其中，所述第二级被配置为接收来自所述第一级的输出作为输入，所述第二级用于将所述输入抽取至基带采样率并将所述输入滤波至基带信号带宽。12.如权利要求10所述的系统，其中，所述滤波器为多级滤波器，进一步包括：第一级，所述第一级用于接收所述经时间延迟的数字过采样输出信号作为第一级输入信号，所述第一级用于将所述第一级输入信号低通滤波并抽取至第一中间采样率以形成第一级输出信号；以及第二级，所述第二级用于接收所述第一级输出信号作为第二级输入信号，所述第二级用于将所述第二级输入信号低通滤波并抽取至第二级中间采样率以形成第二级输出信号；以及第三级，所述第三级用于接收所述第二级输出信号作为第三级输入信号，所述第三级用于将所述第三级输入信号抽取至基带采样率并且将所述第三级输入信号滤波至基带信号带宽，其中，所述第一中间采样率小于所述采样时钟率，所述第二中间采样率小于所述第一中间采样率，并且所述基带采样率小于所述第二中间采样率。13.如权利要求9所述的系统，其中，所述较低采样率是基带采样率，并且所述经低通滤波、抽取、时间延迟的数字输出信号在波束成形过程中与第二信号一起使用，其中，所述第二信号是所述场量的数字度量。14.如权利要求13所述的系统，其中，在所述波束成形操作之前将所述时间延迟与整数延迟相加。15.如权利要求14所述的系统，其中，所述整数延迟是多个所述较低采样率周期。16.一种用于对从模数转换器(ADC)输出的信号进行时间延迟的系统，所述系统包括：传感器元件，所述传感器元件响应于模拟场量；Σ-δ调制器，所述传感器元件电耦合到所述Σ-δ调制器，并且被配置为响应于所述模拟场量以采样时钟频率产生脉冲密度调制(PDM)输出信号；以及时间延迟元件，所述时间延迟元件被电配置为接收所述PDM输出信号，并且输出经延迟的PDM输出信号，其中，所述经延迟的PDM输出信号被与多个所述采样时钟频率周期相等的时间延迟所延迟。17.如权利要求16所述的ADC系统，进一步包括：抽取模块，所述抽取模块被配置为接收所述经延迟的PDM输出信号作为输入，所述抽取模块被配置为将所述经延迟的PDM输出信号低通滤波并抽取至较低采样率并输出经低通滤波、抽取、延迟的PDM输出信号，其中，所述较低采样率小于所述采样时钟频率，所述抽取模块用于转换为脉冲编码调制(PCM)格式。18.如权利要求16所述的ADC系统，进一步包括：抽取模块，所述抽取模块进一步包括：第一级，所述第一级用于接收所述经延迟的PDM输出信号作为第一级输入信号，所述第一级用于将所述第一级输入信号低通滤波并抽取至第一中间采样率以形成第一级输出信号，其中，所述第一中间采样率小于所述采样时钟率；以及第二级，所述第二级用于接收所述第一级输出信号作为第二级输入信号，所述第二级用于将所述第二级输入信号低通滤波并抽取至较低采样率，其中，所述较低采样率低于所述第一中间采样率，所述抽取模块用于转换为脉冲编码调制(PCM)格式。19.如权利要求16所述的ADC系统，进一步包括：抽取模块，所述抽取模块进一步包括：第一级，所述第一级用于接收所述经延迟的PDM输出信号作为第一级输入信号，所述第一级用于将所述第一级输入信号低通滤波并抽取至第一中间采样率以形成第一级输出信号，其中，所述第一中间采样率小于所述采样时钟频率；第二级，所述第二级用于接收所述第一级输出信号作为第二级输入信号，所述第二级用于将所述第二级输入信号低通滤波并抽取至第二中间采样率，其中，所述第二中间采样率低于所述第一中间采样率；以及第三级，所述第三级用于接收所述第二级输出信号作为第三级输入信号，所述第三级用于将所述第二级输入信号低通滤波并抽取至较低采样率，其中，所述较低采样率低于所述第二中间采样率，所述抽取模块用于转换为脉冲编码调制(PCM)格式。20.如权利要求19所述的ADC系统，其中，所述第一级采用级联积分器梳状(CIC)滤波器结构，所述第二级被配置为两个半带滤波器，并且所述第三级被配置为低通滤波器。21.如权利要求20所述的ADC系统，其中，所述采样时钟以2.048MHz操作，所述第一级提供8:1抽取，所述第二级提供两个2:1半带抽取级，所述第三级提供4:1抽取，这产生16kHz的基带采样率，整个所述抽取模块的低通滤波滤除了来自所述Σ-δ调制过程的高频分量。22.如权利要求21所述的ADC系统，其中，所述采样时钟频率从由1MHz至4MHz组成的组和用户定义的采样率中进行选择。23.如权利要求22所述的ADC系统，其中，所述数字传感器是数字麦克风，并且所述场量是声压。24.如权利要求23所述的ADC系统，其中，所述数字麦克风利用微机电系统(MEMS)传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·范，约瑟夫·勇·权，
申请(专利权)人：寇平公司，
类型：发明
国别省市：美国,US