TWI262655B - Video signal processing system with a dynamic ADC calibration loop and related methods - Google Patents

Description

1262655 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種具動悲類比至數位轉換器之調校迴路的視 訊訊號處理系統及其相關方法，尤指藉設於類比至數位轉換器之 前的粗調器及設於類比至數位轉換器之後的微調器補償類比至數 位轉換器的增益及偏移量誤差的視訊訊號處理系統。 【先前技術】 在訊號處理系統裡，類比至數位轉換器（Anal〇gT〇Digital C_erte〇被廣泛地使絲將類比職轉換為數位訊號。習知類 - 比至數位轉換器的調校工廠交貨前就已完成’然而，一旦類比至 數位轉換關始使贿，類比至數位轉換器的性能表現就會隨之 φ 開始衰退。 第1圖顯示習知類比至數位轉換器之輸入/輸出訊號關係圖， 水平轴為類比輸入訊號的電壓位準，而垂直軸為輸出訊號的大 小’曲線S1為類比至數位轉換器理想的輸入/輸出訊號關係，而曲 線幻為類比至數位轉換器在使用一段時間後實際的輸入/輸出气 號關係。比較曲線Si與S2可發現曲線S1與曲線S2的斜率不同； 再者，習知類比至數位轉換器輸入訊號的理想臨限· v〇向垂直 1262655 方向/示移D1 i。這些失真的問題嚴重地降低了類比至數位轉換器 的正確性與性能表現。 在視訊訊號處理系統中，如電視、數位電視等，類比至數位 轉換器的性能表現及正確性對畫面顯示非常重要，而習知視訊訊 唬處理系統恶法避免類比至數位轉換器性能表現下降的問題。 【發明内容】 匕本毛月之主要目的即在於提供一種具動態類比至數位 轉換器之調校迴路的視訊訊號處理系統及其相關方法。 、 本發W㈣-種視訊訊號處理系統，用以㈣酿類比至數 位轉換器，其包含有：調校開關，用以根據控制訊號傳輸調校訊 ⑩\ 1考°峨開關模組’用以根據複數個控制訊號傳輸參考電壓； 二考私壓產生$ ’電連接於參考訊號關模組，用以提供參考電 L ’粗為’科胁峨開·參考訊號關模組，用以粗調 所接收到的訊號；類比至數位轉換器，電連接於粗調器，用以將 舰為虎轉換為數位訊號；微調器，電連接於類比至數位轉換器， -、U顺接收到的喊；以及調校邏輯模組，用以根據微調器 輸出之魏’控侧校開關、參考訊制關模組、粗編、類比 至數位轉換器及微調器，以補償類比至數位轉換器的誤差。、 1262655 本發明另揭露-鑛態調翻貞比至數位轉換器的方法’包含 町步驟：於調校間隔中累加數位輪出訊號的複數個取樣之偏移 量誤差及增魏差；根據已累加的偏移量誤差及增益誤差，產生 複數個控舰號；以及祕控觀號，_碰_比至數位轉 換器。 I 【實施方式】 在大多數的視訊訊號處理系統中，特別是電視、數位電視及 高解析度電視⑽τν)中，為了維持水平同步，在視訊訊號中會 有週期性的中斷，如水平空白時段，包含前階段時間、水平同步 脈波、及後階段時間。在水平空白時段中，視訊訊號不具有任何 * 内谷，視訊訊號處理系統較佳地顯示最低灰階晝面。因此，在視 訊訊號中，水平空白時段的特性提供視訊訊號處理系統的類比至 Φ 數位轉換器暫時停止處理視訊輸入訊號的時間。如此一來，可利 用水平空白時段藉由參考調校電壓量測增益及偏移量的錯誤及執 行其它調校。 第2圖顯示本發明視訊訊號處理系統2〇〇之功能方塊圖，包 含電容202、訊號切換開關204、206、208、210、212、參考電壓 產生器214、類比增益及偏移量調整器216、類比至數位轉換器 218、數位乘法器220、數位加法器222及調校邏輯模組224。於 ⑧ 1262655 藉訊號 SW__CAL、SW C1 調校間隔’例如水平空白時段、水平後階段時間，執行動態調校， 電容搬為直流位準儲存器，用以根據訊號sw—α將輸入訊號 Vm的直流位準平移至内部鉗位賴v—c，；調校邏輯模組辦 SW—C2 ' SW—g〇 及 SW_gl 控制開關 204、206、208、210及212進行調校。於調校間隔中，開關2〇4 會被酬_，類比至數位轉換器218停止接收輸入訊號Vin ;在 進行偏移量調校時’開關2〇6及施做為钳位開關將會導通，用 以將參考電壓產生器214產生之钳位電壓v—〜輸出至類比增 益及偏移量調整器216 ;而在進行類比增益調校時，而開關21〇 =212則將參考電壓V_g()及v_gl提供至類比增益及偏移量調整 态216，類比增益及偏移量調整器216可根據調校邏輯模組 纽的控制碱GAIN、0FFS，粗調所接收之訊號的增益及偏移 里位準。類比至數位轉換器218可將類比增益及偏移量調整器別 輪出的類比訊號轉換為數位訊號，而數位乘法器22〇則根據調校 邏輯模組224輸出的控制訊號DGAIN，微調類比至數位轉換器218 輪出之數位訊號的增益位準；此外，數位加法器222亦根據調校 邏輯模組224輸出的控制訊號D0FFS，微調數位乘法器、22〇輸出 之訊號的直流偏移量。調校邏輯模組224可根據輸出訊號d〇ut， 來判斷類比至數位轉換器218的增益及偏移量誤差，再對應地產 生控制訊號GAIN、OFFS、DGAIN及DOFFS以補償該誤差；在 較佳實施例中，類比至數位轉換器218為十位元解析度，類比增 1262655 盈及偏移量調整器216為八位元解析度，而數位乘法器22〇及數 位加法器222為十二位元解析度。 關於雛邏輯模組224的架構，請參考第3、4、5圖。首先， 第3圖所福雜邏輯模組224之調校狀態判斷單元·之功能 •方塊圖，包含狀態判斷模組3〇2及控制訊號產生器3〇4。狀態判斷 φ 杈組302係根據水平及垂直同步訊號HSYNC及VSYNC，於水平 空白時段或垂直空白時段，啟動調校邏輯模組224並根據雛狀 匕、汛旒CAL—state決定進行增益或偏移量調校；而控制訊號產生器 3〇4則根據凋权狀態訊號CAL—如把產生訊號撕―CAL、sw—C1、 SW C2 SW—g〇 及 SW—gl 以控制開關 204、206、208、210 及 212 ‘切換至調校所需的參考電壓。第4圖顯示雛邏輯模組224之誤 差判斷單元400之功能方塊圖，包含多工器402、414、查詢表404、 • 408、累加器406、加法器410及調節訊號產生器412，為了減少 面積車乂佳地可輪流調校各通道（Channel)的訊號，從而共用同 屯路於不同時間調校不同通道的訊號。多工器402可選擇一通 道之輪出矾號DOUT的紅、綠、藍成分訊號d〇utR、DOUTG及 OUTB。藉由累加器406及加法器410，增益或偏移量誤差可於 複數個取樣時間中被累計、平均。查詢表404可藉由查詢以轉換 母一像素取樣的誤差，並將轉換結果傳送至累加器4〇6以累計誤 差’而查詢表408則轉換已累計的誤差，經由加法器41〇累加調 1262655 整至调節訊號產生器412，從而產生調校調節訊號CAL_GAIN、 CAL—OFFS、CAL—DGAIN 及 CAL—DOFFS ;應注意到查詢表 404 及408於此供說明之用，以將誤差對應至適當控制數值，而不欲 限制本發明，熟悉此技藝人士當可做出各種可能變化，而不跳脫 本發明之精神範轉。 φ 第5圖顯示調校邏輯模組224中調整訊號輸出單元5〇〇之示 意圖，包含多工器502、504、506、508及加法器510、512、514、 516，加法器510加總使用者定義調節訊號reg一〇FFS及調校調 節訊號CAL—OFFS，而多工器502可根據調校狀態訊號CAL_state 選擇使用者定義調節訊號REG_D0FFS、調校調節訊號 CAL一DOFFS或兩者的總和，以產生控制訊號〇FFS輸出至類比增 益及偏移量調整器216。同理，根據調校狀態訊號CAL—State，多 籲 工器5〇4可選擇使用者定義調節訊號reg一〇FFS、調校調節訊號 CAL_OFFS或猎由加法器512產生之兩者的總和，以輸出控制訊 號DOFFS至數位加法器222;多工器506可選擇使用者定義調節 訊號REG一GAIN、調校調節訊號CAL一GAIN或藉由加法器514 產生之兩者的總和，以輸出控制訊號GAIN至類比增益及偏移量 調整器216 ;多工器508可選擇使用者定義調節訊號 REG一DGAIN、調校調節訊號cal—DGAIN或藉由加法器516產 生之兩者的總和，以輸出控制訊號DGAIN至數位乘法器22〇。 12 ③ 1262655 因此，透過調校狀態判斷單元300、誤差判斷單元400及調整 訊號輸出单元500 ’調校邏輯模組224可產生控制訊號gw CAL、 SW_C1、SW—C2、SW_gO及SW_g卜並累加輸出訊號D0UT的 增益及偏移量誤差，最後根據增益及偏移量誤差將控制訊號 OFFS、DOFFS、GAIN、DGAIN回授至類比增益及偏移量調整器 216、數位乘法器220及數位加法器222，以補償類比至數位轉換 器216的增益及偏移量誤差。 本發明可分別執行增益調校或偏移量調校。第6圖顯示用以 調校視訊訊號處理系統200之偏移量之流程圖6〇〇，包含以下步 驟： 步驟602 :開始。 步驟604 :判斷是否在調校間隔中。若在調校間隔中，則進行 步驟606，若否，則等待調校間隔。 步驟606 :產生用來調校偏移量之控制訊號，以將鉗位電壓 V_clamp輸入至類比至數位轉換器218，並將先前調校值輸入至類 比增益及偏移量調整器216。 步驟608 :累加類比至數位轉換器之輸出訊號的偏移量誤差。 步驟610 :判斷已調校之取樣數是否大於一預設值N。若取樣 數大於N，則進行步驟612，若否，則進行步驟6〇4。 步驟612 ·計异偏移量誤差以更新偏移量調整值，透過調整類 13 1262655 比增益及偏移量調整器216以翻粗調，及透過調整數位加法器 222以達到微調。 步驟6M: _偏移量縣是否㈣^決定是奸其它通道要 調校。若有’則進行步驟604，若無，則進行步驟616。 步驟616 :結束。 因此’當調校偏移量時，關閉開關綱*導通開關观，使得 類比增益及偏移量罐H 216的輪人端與輸人訊號vin斷線，但 電連至鉗位賴V—damp。科，使时絲瓣訊細G__ 及REG—DOFFS皆被失效（Disable)而目前之調校調節訊號 CAL_〇FFS^CAL_DOFFS|.J^, 216及數位加法器222。接下來，調校邏輯模組似計算類比至數 位轉換$ 218之輸出減的複數個取樣的平均以估計類比至數位 轉換器218的偏移量誤差。根據所得的偏移量誤差，調校邏輯模 組故可重新調整嫩調節峨cal_〇ffs、cal_d〇卿以補 償類比至數位轉換器218的偏移量誤差。 第7圖顯不本發明用以調校視訊訊號處理系、统·之增益之 流程圖700，包含以下步驟·· 步驟702 ··開始。 步驟704·判斷是否在調校間隔中。若在調校順中，則進行 1262655 步驟706，若否，則等待調校間隔。 步驟7061產生用來調校增益的控制訊號，以將參考電壓v_g0 或—g輸入至舰至數位轉換器2】8,並將先前調校值輸入至類 比增益及偏移量調整器216。 步驟7〇8 :累加類比至數位轉換器之輸出訊號的增益誤差。 γ驟710 ·判斷已.之取樣數是否大於一預設值N。若取樣 數大於N貝彳進行步驟712，若$，則進行步驟爾。 步驟7丨2·以另-參考電壓進行調校。若對應於參考電壓V—糾 及V—gl的調校皆完成，則進行步驟％，若否，則進行步驟爾。 乂驟714 ·根據對應於參考電壓v—妙與參考電壓v_gi之誤 差累杜果的差’計异增益誤差，並更新增益調校值，以透過調 正犬員比增ϋ及偏移量調整器216達到粗調，及透過數位乘法器22〇 達到微調。 步驟716 :判斷誤差是否收斂以決定是否有其它通道要調校。 若有，則進行步驟704，若無，則進行步驟718。 步驟718:結束。 因此，在調校增益時，開關204會被關閉，而開關210、212 會依序被導通，則類比增益及偏移量調整器216的輸入端與輸入 訊號Vin斷線，但依序電連至參考電壓V__g0、V_gl。同時，使用 者定義調節訊號REG__GAIN、REGJ3GAIN皆被失效，而目前之 15 !262655 調校卿減CAL_GAIN、CAL—DGAIN财_人麵比增益 及偏移量調整器216及數位乘法器220 ;接下來，調校邏輯模組 224計算類比至數位轉換器218對應於參考電壓v—g〇及v一^之 輸出訊號的複數個取樣辭均，並將所計算的平均相減，以防止 偏移量影響增益調㈣準確度，斜均相減後所得的值再與理想 值比較’從而雛調節鮮u CAL—GAIN、CALjdgain以補 償類比至數位轉換器218的增益誤差。 因此’本發明可藉調校迴路補償類比至數位轉換器的增益及 偏移量誤差’概祕健地包含粗㈣（_比增益及偏移量 調整器216)及微調器（即數位乘法器22〇、數位加法器222)。 為了節省空間及電路的複雜度，粗調器可提供對應於類比至數位 轉換器的最低有效位元（LeastSignificantBit)精確度。此外，本 發明微調器可補償類比電路之硬體退化所造成的失真，以正確修 正類比至數位轉換益的增益及偏移量誤差。藉由控制數位增益在 略大於1至等於i的範圍中’可防止類比至數位轉換器的輪出訊 號飽和及钳位至最小或最大值，從而轉最大_輸入範圍。 本發明另揭露-種可祕調校類比至數位轉換器的方法。在 周* ] α中累加數位視§fl輸出訊號的複數個取樣之偏移量誤差 及增戚差。在較佳實施例中，調校間隔可利用水平空白時段或 ⑧ 1262655 出職可為纟工、綠、或藍成分訊號， 進乂 Γ 舰錢轉鋪糾舰；_在乡侧校間隔 、仃循序雛，因此糊__電_節省面積及系統 ^原。在雛間财，透過累計Nj_縣差及平均，可避免雜 訊干擾影_校結果。在增益雛的過財，_對應於第一失 考電壓及第二參考電壓的增益誤差被累加後械，可;肖去類比至 數位轉換㈣偏移赫差，⑽止偏移量誤差影料益調校的準 確度。根據加_縣，本發明可產生魏她制峨，根據N 個像素取樣加_誤差，祕邮正並峨類比錄位轉換器。 舉例來說，紙增益控觀號及雜偏移量控軌餘調類比至 數位轉換n，而數位增益控觀號及數位偏移量控觀號則微調 類比至數位轉換器。 % 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知類比至數位轉換器之輸入/輸出訊號關係圖。 第2圖為本發明視訊訊號處理系統之功能方塊圖。 第3圖為第2圖中調校邏輯模組之調校狀態判斷單元之功能方塊 圖。 1262655 第4圖為第2圖中調校邏輯模組之誤差判斷單元之功能方塊圖。 第5圖為第2圖中調校邏輯模組中調整訊 ^ 取御出早兀之示意圖。 弟6圖顯示根據本發明用以調校視訊訊號處理^ 程圖。 糸統之偏移量之流

第7圖顯示根據本發明用以調校視訊訊號處理系統”弋 ffl ° 9 ^ /；，L 【主要元件符號說明】 200 視訊訊號處理系統 202 電容 204、206、208、210、212 開關 214 參考電壓產生器 216 類比增益及偏移量調整器 218 類比至數位轉換器 220 數位乘法器 222 數位加法器 224 調校邏輯模組 SW—CAL、SW—a、SW C2、SW g0、SW Ί — — — —開關控制訊號 V—clamp、V gO、V—gl 參考電壓 GAIN、OFFS、DGAIN、DOFFS 控制訊就

Yin 輸入訊號 ⑧ 18 1262655

Dout 輸出訊號 300 調校狀態判斷單元 302 狀態判斷模組 304 控制訊號產生器 CAL_state調校狀態訊號 400 誤差判斷單元 402、 414多工器 404、 408查詢表 406 累加器 410 加法器 412 調節訊號產生器 CAL GAIN、CAL—OFFS、 CAL—DGAIN、CAL—DOFFS 調校調節訊號 DOUTR、DOUTG、DOUTB 視訊成分訊號 500 調整訊號輸出單元 502、504、506、508 多工器 510、512、514、516 加法器 REG—OFFS、REG—DOFFS、 REG_GAIN > REG_DGAIN 使用者定義調節訊號 19 ⑧

Claims (1)

1. !262655 曰修(t)正本 十、申請專利範圍： 種視吼吼號處理系統，用以動態調校一類比至數位轉換 器’其包含有： 調杈開關，用以根據一控制訊號而選擇性地導通； 一芩考電壓產生器，用以產生複數個參考電壓； 一參考訊號開關模組’電連接於該參考電壓產生器，用以根據 複數個控制訊號而選擇性地導通傳輸該些參考電壓； -粗調器，電連接於該調校開關及該參考訊號開關模組，用以 粗調所接收到的訊號； —類比至數位轉換器，電連接於該粗調器，用以將類比訊號轉 換為數位訊號； -微調器，t連接於該_至數位轉換器，用以微調所接收到 的訊號；以及 一調校邏觀組，肋根據織輪出之訊號，控制該雛 開關、該參考訊號開關·且、該粗調器、該類比至數位 轉換器及該微調器，以補償該類比至數位轉換器的誤 差。 1 ，其中該調校邏輯模組 係於一調校間隔中，關閉該調校開關。 20 1262655 3，如·項！ 之視訊減處m射轉考訊號開關 模組包含有： 一第一開關，用以選擇性地導通以傳輪該參考電壓產生界產生 之一第一參考電壓； -第二開關，用崎擇性地導通以傳輪該參考電壓產生器產生 之一弟一茶考電壓；以及 馨 -第三開關’用以選擇性地導通以傳輪該參考電壓產生器產生 之一第三參考電壓。 4. ^請求項3所述之視訊訊號處_統，其中當該雛邏輯模 、组執行-偏移量調校時，該第一開關係導通開啟。 /求項3所述之視訊訊號處理系統，其中當該雛邏輯模 _ 執仃知调校時’該第二開關或該第三開關係導通開啟。 6’ j請求項i所述之視訊訊號處理系統，其中該粗調器包含有·· —類比增益輕器’用啸據該峨邏輯模組輸出之一控制訊 ^號，粗調所接收訊號之增益位準；以及 類比偏移量調整器，肋根據輯難輸出之-控制 訊號，粗調所接收訊號之直流位準。 21 1262655 •如明求項1所述之視訊訊號處理系統，其中該微調器包含有: 數位乘法裔，用來將所接收之訊號乘上該調校邏輯模組輸出 之一數值，以補償該類比至數位轉換器的增益誤差；以 及 數位加法為，用來將所接收之訊號加上該調校邏輯模組輸出 之一數值，以補償該類比至數位轉換器的偏移量誤差。 8·如請求項1所述之視訊訊號處理系統，其中該調校邏輯模組 包含有： 抓狀悲判斷單元，用以根據一視訊同步脈波判斷一調校間 隔’及控制該調校開關及該參考訊號開關模組； 决差判斷單元，用以判斷該微調器之輸出訊號的誤差；以及 调整峨輸出單元，用以根據該誤差判斷單元所判斷之誤 差’控制該粗調器及該微調器。 求員7所述之視訊訊號處理系統，其中該調校狀態判斷 單元包含有： 狀％判斷核、址，用以根據一視訊同步脈波，判斷一雛間 隔；以及 希UiU虎產生為，用以根據該調校間隔，輸出控制訊號至該 調校開關及該參考訊號開關模組。 22 1262655 i〇.如睛求項7所述之視訊訊號處理系統，其中該誤差判斷單元係 計算該類比至數位轉換器的複數個取樣的平均，以根據該平 均判斷該類比至數位轉換器的誤差。 U·如請求項7所述之視訊訊號處理系統，其中該調整訊號輸出 單元包含複數個調節訊號模組，每一調節訊號模組用以由一 制者定劇節訊號、-調校調節職及—由該使用者定義 調節訊號與該調校調節訊號之組合的調節訊號中，麵一調 節訊號。 12.如請求項i所述之視訊訊號處理系統，其另包含一電容，耦 接於該調校開關與輸入訊號間，用以偏移輸入訊號的直流位 準。 1 13.如請求項…述之視訊訊號處理系統，其另包含一甜位開 關，雛於該調校開關與輸入訊號間，用以提參考電壓 產生器產生之一钳位電壓。 為的方法，其包含以下步 一種用以動態調校一類比至數位轉換 驟： 於一調校間隔中，計算相關於— 數位輪出訊號的複數個取樣之 23 14. 1262655 一偏移量誤差及一增益誤差； 根據及偏移里#差及該增㉝誤差，產生複數個控制訊號，該 複數個控制訊號包含一類比增益控制訊號、一類 比偏移量㈣訊號、—數位增益控制訊號及一數 位偏移量控制訊號；以及 根據該複數個控觀號，動_整該_至數位轉換器。 籲15.如請求項μ所述之方法，其中該調校間隔係—水平空白時 段。 16.如請求項14所述之方法，其中該調校間隔係-垂直*白時 段。 工 π.如請求項u所狀方法，其另包含對練位輪出 • 取樣之偏移量誤差進行平均數運算， 計一偏移量漂移程度。 訊號的該些 以於該調校間隔中，估 18. 加及平均該偏移量誤差。 ΠΡ网中 累 24 1262655 .19.如請求項14所述之方法，其中於計算相關於數位輪出喊的 該些取樣之娜量誤差及增益誤鱗，係於該顺間隔 將對應於-第-參考電麼的累加_減去對應於—第二參考 電壓之累加結果，而獲得該增益誤差。 20.如請求項14所述之方法，其中該數位輸出訊號係—數位視訊 輸出訊號之三原色組合中選出之一紅成分訊號、一綠成分訊 , 號及一藍成分訊號。 Μ·如請^項14所述之方法，其中於動態調整該類比至數位轉換 騎另包含罐鞠比增餘觀號及軸比偏移量控制訊 儿粗凋該類比至數位轉換器，以及根據該數位增益控制訊 唬及該數位偏移量控制訊號，微調該類比至數位轉換器。 十—、圖式： 25