[發(fā)明專利]基于FPGA的溫度計(jì)碼到二進(jìn)制碼的編碼轉(zhuǎn)換裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510080550.3
• 申請(qǐng)日: 2015-02-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104579352B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王永綱;劉沖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M7/04
• 分類號(hào): H03M7/04
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了基于FPGA芯片的溫度計(jì)碼到二進(jìn)制碼的編碼轉(zhuǎn)換方法和裝置，本發(fā)明組合使用FPGA芯片最小資源單位中的基本查找表(LUT)邏輯資源，通過(guò)一個(gè)逐位移動(dòng)的窗口將溫度計(jì)碼切分得到多個(gè)窗口值，并通過(guò)依序排列所述窗口值所對(duì)應(yīng)的真值得到與所述溫度計(jì)碼對(duì)應(yīng)的“one?hot”碼，從而實(shí)現(xiàn)“冒泡”糾錯(cuò)。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“one?hot”碼到二進(jìn)制碼的編碼中，編碼算法為全局邏輯“或”運(yùn)算或全局邏輯“與”運(yùn)算，編碼算法的電路實(shí)現(xiàn)是通過(guò)流水線結(jié)構(gòu)，組合使用FPGA基本查找表(LUT)邏輯資源來(lái)完成。本發(fā)明對(duì)提高FPGA上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字處理系統(tǒng)的集成度有重要意義，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于FPGA數(shù)字電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的溫度計(jì)碼到二進(jìn)制碼的編碼轉(zhuǎn)換裝置和方法。

背景技術(shù)

物理量的數(shù)字化一般是先由某一種機(jī)制將物理量轉(zhuǎn)化為一種中間數(shù)字碼字，再由數(shù)字編碼技術(shù)將該中間碼字轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼(B：Binary Code)輸出。一種常見(jiàn)的中間數(shù)字碼字是溫度計(jì)碼(TM：Thermometer Code)，將溫度計(jì)碼編碼為二進(jìn)制碼(TM2B)是該類數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的必要組成部分。例如，閃速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Flash ADC)，使用電阻鏈構(gòu)成2^N-1個(gè)等間隔的基準(zhǔn)電壓，通過(guò)2^N-1個(gè)比較器同時(shí)和輸入待轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行比較，比較器輸出的結(jié)果即構(gòu)成溫度計(jì)碼。該溫度計(jì)碼有2^N位，表現(xiàn)為連續(xù)若干個(gè)“1”(可想象為溫度計(jì)的水銀柱)和剩余若干個(gè)“0”組成，其中“1”的個(gè)數(shù)與被轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)的值成正比。TM2B編碼電路的功能就是將上述2^N位的碼字編碼為N位的二進(jìn)制碼，以方便轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出和應(yīng)用。對(duì)于實(shí)際的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，電路部件的非理想特性會(huì)造成轉(zhuǎn)換輸出的中間碼字是非理想的溫度計(jì)碼，即“冒泡”現(xiàn)象。例如，理想的溫度計(jì)狀態(tài)序列應(yīng)該為…11110000…，但由于實(shí)際電路缺陷的存在，溫度計(jì)碼有可能會(huì)出現(xiàn)…11010000…的狀態(tài)序列，即非理想的溫度計(jì)碼，其中第一個(gè)0就是所謂的“冒泡”。實(shí)用的TM2B編碼電路必須具有一定的冒泡容錯(cuò)功能，以提高轉(zhuǎn)換器的抗噪聲和容錯(cuò)能力。

現(xiàn)有的TM2B編碼技術(shù)多是在ASIC芯片內(nèi)利用專門(mén)設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn)。隨著FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列：Field Programmable Gate Array)技術(shù)的快速發(fā)展，基于FPGA集成設(shè)計(jì)用戶特定需求的數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)越來(lái)越方便和可行。FPGA作為一種通用的數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)平臺(tái)越來(lái)越重要。由于FPGA芯片是由預(yù)先定義好的具有固定結(jié)構(gòu)的邏輯資源組成的，將現(xiàn)有的TM2B編碼技術(shù)直接轉(zhuǎn)移到FPGA上實(shí)現(xiàn)，一般都會(huì)造成FPGA邏輯資源的浪費(fèi)或者是執(zhí)行效率的降低；前者對(duì)有效利用FPGA資源，提高用戶特定數(shù)字系統(tǒng)的集成度不利，而后者則會(huì)造成數(shù)字轉(zhuǎn)換器的性能降低。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于提供一種基于FPGA芯片的，邏輯資源占用少、編碼速度快，并具有足夠強(qiáng)的“冒泡”糾錯(cuò)能力的溫度計(jì)碼到二進(jìn)制碼的編碼轉(zhuǎn)換裝置和方法。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明的一方面提出一種基于FPGA的溫度計(jì)碼到二進(jìn)制碼的編碼轉(zhuǎn)換方法，所述溫度計(jì)碼具有2^N位，所述二進(jìn)制碼具有N位，N為自然數(shù)，所述方法包括：通過(guò)一個(gè)逐位移動(dòng)的窗口將所述溫度計(jì)碼切分得到2^N個(gè)窗口值，所述窗口的位寬為m，m為自然數(shù)且2≤m≤2^N，并通過(guò)依序排列所述窗口值所對(duì)應(yīng)的真值得到與所述溫度計(jì)碼對(duì)應(yīng)的“one-hot”碼；以及將所述“one-hot”碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，所有可能的窗口值與對(duì)應(yīng)的真值之間的轉(zhuǎn)換真值表存儲(chǔ)于FPGA的邏輯資源LUT中。