技術(shù)領(lǐng)域

下面的描述涉及信號處理技術(shù)。

背景技術(shù)：

儀器放大器(IA)用于測量各種類型的信號。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，IA用于測量并且放大生物信號，諸如，心電圖(ECG)、肌電圖(EMG)、光電血管容積圖(PPG)、人體阻抗和運動信號。通常，IA可以被配置為具有低偏移、低噪聲、高共模抑制、高環(huán)路增益和高輸入阻抗的差分放大器。例如，這樣的差分放大器可在電路操作范圍內(nèi)放大輸入信號并且輸出放大的信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供本發(fā)明內(nèi)容以簡化形式介紹將在下面在具體實施方式中進一步描述的概念的選擇。本發(fā)明內(nèi)容不旨在識別所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用作幫助確定所要求保護的主題的范圍。

根據(jù)一個總體方面，一種信號處理設(shè)備，包括：差信號獲取器，被配置為獲得反映輸入信號基于參考信號在預(yù)設(shè)時間間隔變化的差信號；信號放大器，被配置為將差信號進行放大；以及信號恢復(fù)器，被配置為通過將放大的差信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且對數(shù)字信號求和，來生成輸出信號。

差信號獲取器可以包括：被配置為被第一控制信號控制的第一開關(guān)，并且第一開關(guān)可以被配置為：通過基于第一控制信號，將信號放大器的輸入端周期性地連接到參考信號，并且將信號放大器的輸入端周期性地連接到輸入信號，來生成差信號。

響應(yīng)于第一開關(guān)被第一控制信號控制為處于通路狀態(tài)，信號放大器的輸入端可以重置為參考信號。響應(yīng)于第一開關(guān)被第一控制信號控制為處于開路狀態(tài)，輸入信號可以被輸入到信號放大器的輸入端。

第一控制信號可以被配置為：控制第一開關(guān)以比輸入信號的周期短的周期，對輸入信號執(zhí)行切換操作。

數(shù)字信號的求和可以包括：對與輸入信號的周期相應(yīng)的數(shù)字信號求和。

差信號的信號幅度范圍可以小于輸入信號的信號幅度范圍。

信號處理設(shè)備還可以包括：開關(guān)，被配置為通過將信號放大器的輸入端周期性地連接到參考信號，并且將信號放大器的輸入端周期性地連接到輸入信號，來生成差信號。

差信號獲取器還可以包括：被輸入輸入信號的第一電容器，并且第一開關(guān)的一端、第一電容器的一端和信號放大器的輸入端可以彼此電連接。

差信號可以反應(yīng)通過重復(fù)的切換操作輸入信號在預(yù)設(shè)時間間隔的重復(fù)變化。

信號恢復(fù)器可以包括：采樣器和保持器，被配置為對放大的差信號進行采樣以生成采樣信號，并且保持采樣信號；信號轉(zhuǎn)換器，被配置為將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及信號加法器，被配置為通過對數(shù)字信號求和來生成輸出信號。

采樣器和保持器可以被配置為：在前一通路切換操作之后并且在執(zhí)行切換操作的開關(guān)通路之前的時間點，對放大的差信號進行采樣。

信號恢復(fù)器還可以包括：濾波器，被配置為對采樣信號執(zhí)行低通濾波；以及信號轉(zhuǎn)換器可以被配置為將通過低通濾波獲得的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

根據(jù)另一總體方面，一種信號處理方法包括：基于應(yīng)用到輸入信號的切換操作來獲得輸入信號的差信號；將差信號進行放大；將放大的差信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及通過對數(shù)字信號求和來生成輸出信號，以恢復(fù)表示輸入信號的放大的信號。

根據(jù)另一總體方面，一種信號處理設(shè)備包括：信號放大器，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端；第一輸入器，被配置為將第一輸入信號交替地傳送到第一輸入端和第二輸入端；以及第二輸入器，被配置為將第二輸入信號交替地傳送到第三輸入端和第四輸入端，其中，信號放大器被配置為基于第一輸入信號和第二輸入信號將差信號進行放大，并且輸出放大的差信號。

第一輸入器可以包括：第一開關(guān)，第一開關(guān)的切換操作基于第一控制信號被控制；以及第二開關(guān)，第二開關(guān)的切換操作基于第二控制信號被控制。

在第一階段，第一開關(guān)可以基于第一控制信號通路，以將第一參考信號傳送到第一輸入端，并且第二開關(guān)可以基于第二控制信號開路，以將第一輸入信號傳送到第二輸入端。在第二階段，第一開關(guān)可以被開路，以將第一輸入信號傳送到第一輸入端，并且第二開關(guān)可以基于第二控制信號通路，以將第一參考信號傳送到第二輸入端。

第一開關(guān)的一端和第二開關(guān)的一端可以連接到參考信號。

第一輸入器還可以包括：第一電容器，連接到第一開關(guān)和第一輸入端；以及第二電容器，連接到第二開關(guān)和第二輸入端。

第二輸入器可以包括：第三開關(guān)，第三開關(guān)的切換操作基于第三控制信號被控制；以及第四開關(guān)，第四開關(guān)的切換操作基于與第三控制信號不重疊的第四控制信號被控制。

在第一階段，第三開關(guān)可以基于第三控制信號通路，以將第二參考信號傳送到第三輸入端，并且第四開關(guān)可以基于第四控制信號開路，以將第二輸入信號傳送到第四輸入端。在第二階段，第三開關(guān)可以基于第三控制信號開路，以將第二輸入信號傳送到第三輸入端，并且第四開關(guān)可以基于第四控制信號通路，以將第二參考信號傳送到第四輸入端。

第二輸入器還可以包括：第三電容器，連接到第三開關(guān)和第三輸入端；以及第四電容器，連接到第四開關(guān)和第四輸入端。

從下面的詳細的描述、附圖和權(quán)利要求，其他特征和方面將是明顯的。

附圖說明

圖1示出信號處理設(shè)備的示例的示圖。

圖2是示出信號恢復(fù)器的示例的示圖。

圖3A至圖3D是示出由信號處理設(shè)備執(zhí)行的信號處理的示例的示圖。

圖4A和圖4B是示出用于實現(xiàn)信號處理設(shè)備的電路的示例的示圖。

圖5A至圖5D是示出將應(yīng)用到圖4A的信號處理設(shè)備的控制信號的示例和由圖4A的信號處理設(shè)備測量的信號的示例的示圖。

圖6是示出信號處理設(shè)備的另一示例的示圖。

圖7A至圖7D是示出將應(yīng)用到圖6的信號處理設(shè)備的控制信號的示例和由圖6的信號處理設(shè)備測量的信號的示例的示圖。

圖8是示出信號處理方法的示例的流程圖。

貫穿附圖和詳細的描述，相同的參考標號指示相同的元件。附圖可以不按比例，并且為了清楚、說明和方便，可以夸大附圖中的元件的相對大小、比例和描繪。

具體實施方式

提供下面的詳細描述以幫助讀者獲得在此描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面理解。然而，在此描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種改變、修改和等同物對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見的。在此描述的操作順序僅是示例，并且不受限于在此闡述的操作順序，而是除了必須以特定順序發(fā)生的操作之外，可改變順序?qū)Ρ绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的。此外，為了更加清楚和簡明，可以省略本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的功能和結(jié)構(gòu)的描述。

可以以不同的形式實現(xiàn)在此描述的特征，并且在此描述的特征不應(yīng)當被解釋為受限于在此描述的示例。相反，已經(jīng)提供了在此描述的示例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員傳達本公開的全部范圍。

在此使用的技術(shù)術(shù)語僅是為了描述特定示例的目的，而不是限制示例。如在此所使用的，諸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的術(shù)語在此可用于描述組件。這些術(shù)語的每個術(shù)語不用于限定相應(yīng)組件的本質(zhì)、次序或順序，而僅用于將相應(yīng)組件與其它組件進行區(qū)分。

應(yīng)當注意，如果在本公開描述一個組件“連接”、“結(jié)合”或“接合”到另一組件，則盡管第一組件可以直接連接、結(jié)合或接合到第二組件，但是第三組件可以“連接”、“結(jié)合”或“接合”在第一組件與第二組件之間。

除非上下文另外清楚地指明，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。如在此所使用的，術(shù)語“包含”、“包括”、“具有”指定存在所敘述的特征、數(shù)量、操作、元件、組件及其組合，但是不排除存在或添加一個或多個其它特征、數(shù)量、操作、元件、組件及其組合。

以下，參照附圖詳細地描述示例。附圖中的相同的參考標號表示相同的元件，并且在此將省略已知的功能或配置。

圖1是示出信號處理設(shè)備100的示例的示圖。信號處理設(shè)備100放大輸入信號，例如，生物信號，并輸出放大的信號。信號處理設(shè)備100獲得輸入信號的差信號，將差信號進行放大，并從放大的差信號恢復(fù)原始輸入信號的信息。因此，信號處理設(shè)備100能夠測量具有比電路操作幅度范圍更寬的幅度范圍的輸入信號。在此，差信號是反映輸入信號的幅度在時間間隔變化的信號。此后，將更加詳細地描述信號處理設(shè)備100的功能和操作。

參照圖1，信號處理設(shè)備100包括差信號獲取器110、信號放大器120和信號恢復(fù)器130。差信號獲取器110從輸入信號獲得差信號。差信號反映輸入信號基于參考信號在預(yù)設(shè)時間間隔的變化。例如，參考信號可以是具有預(yù)設(shè)電壓值的偏壓(bias voltage)。在一個示例中，差信號可以被周期性地設(shè)置為參考信號的信號值，并且具有反映輸入信號的電壓變化(從參考信號的信號電壓值開始)的信號形式。

差信號獲取器110通過控制信號控制的開關(guān)的切換操作獲得差信號。在此，切換操作是指開關(guān)的通路狀態(tài)與開路狀態(tài)之間的切換。在一個示例中，差信號獲取器110可以周期性地將開關(guān)通路，以將信號放大器120的輸入端重置為參考信號，然后將開關(guān)開路，以獲得反映輸入信號變化的差信號，或者以其它方式執(zhí)行切換。開關(guān)可以以比輸入信號的周期短的周期，來執(zhí)行切換操作。將參照圖4A和圖4B更加詳細地描述由差信號獲取器(諸如，差信號獲取器110)通過切換操作獲得差信號的處理。

信號放大器120放大從差信號獲取器110輸入的差信號，并且輸出放大的差信號。在一個示例中，差信號的幅度變化的范圍或差信號的幅度變化范圍(例如，信號范圍)，可以小于輸入信號的幅度變化范圍。這種情況是因為差信號被周期性地重置為參考信號的信號值，例如，設(shè)置電壓值。因此，盡管偏離可被輸入信號放大器120可放大的信號幅度范圍的輸入信號被輸入，信號處理設(shè)備100仍然可以執(zhí)行輸入信號的正常放大，這是因為具有降低的信號幅度范圍的相應(yīng)的差信號被輸入到信號放大器120。

信號恢復(fù)器130基于從信號放大器120輸出的放大的差信號，來恢復(fù)關(guān)于原始輸入信號的信息。在一個示例中，信號恢復(fù)器130可以通過將放大的差信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且通過對轉(zhuǎn)換獲得的與輸入信號的周期相應(yīng)的數(shù)字信號求和或累積，來生成輸出信號。在此，輸出信號對應(yīng)于通過放大信號處理設(shè)備100的輸入信號并且將放大的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號而獲得的信號。將參照圖2、圖4A和圖4B更加詳細地描述由信號恢復(fù)器(諸如，信號恢復(fù)器130)執(zhí)行的信號恢復(fù)處理。

在一個示例中，信號處理設(shè)備100可以被應(yīng)用到被配置為放大測量的信號并輸出放大的信號的放大電路。通常，當具有寬于相應(yīng)的放大電路能夠接收或者被設(shè)計為接收的輸入幅度范圍的信號幅度范圍的信號被輸入到放大終端時，在放大終端可能發(fā)生飽和，并且信號不能被正常放大。如上所述，信號處理設(shè)備100可以將具有寬信號幅度范圍的信號轉(zhuǎn)換成具有更小信號幅度范圍的信號，并且將通過轉(zhuǎn)換獲得的信號進行放大，因此盡管輸入信號具有寬于輸入信號被提供到的放大電路的輸入幅度范圍的信號幅度范圍，信號處理設(shè)備100也可以正常地放大輸入信號，并且輸出放大的信號。

另外，信號處理設(shè)備100可以通過降低放大電路的操作電壓來降低功耗。通常，可以通過放大電路的操作電壓和電路中消耗的電流來確定放大電路的功耗。例如，當輸入信號的幅度變化范圍是30毫伏(mV)，輸入信號的放大因子是一百倍時，為了基本的放大電路的正常操作可能需要3伏(V)或更高的操作電壓。然而，根據(jù)示例，具有30mV的幅度變化范圍的輸入信號可以被轉(zhuǎn)換成具有5mV或更小的變化范圍的時間序列差信號，并且放大電路的操作電壓可以被降低到0.5V，這是因為，放大的差信號在通過100倍的因子放大差信號時具有0.5V或更小的放大的信號范圍。由于這樣的電路的操作電壓的降低，可以減小放大電路的功耗。

此外，因為在放大電路的輸入器(例如，輸入電路或輸入開關(guān))中輸入信號改變?yōu)榫哂行⌒盘柗确秶蛐[動的信號，所以可以減小諧波失真的影響，從而可以減少設(shè)計放大電路的復(fù)雜性。

此外，因為在需要輸入信號的初始穩(wěn)定化時間的區(qū)域可以減小初始穩(wěn)定化時間，所以可以改善用戶的便利性。例如，在使用諸如心電圖(ECG)的生物信號的個人認證中，在放大電路和信號源被連接之后可能需要快速地執(zhí)行測量和認證。通常，當使用金屬電極來測量生物信號時，由于金屬材料的極化特性(polarization property)在金屬電極開始與身體接觸之后的幾秒，測量的生物信號可以被穩(wěn)定在可處理的幅度范圍。在此，由于在生物信號的初始穩(wěn)定化處理中使用的這樣的時間量，認證的時間量可能增加。在一個示例中，盡管通過金屬電極測量的生物信號具有大于放大電路的操作范圍的范圍，但是可以執(zhí)行將生物信號轉(zhuǎn)換為在放大電路的操作幅度范圍內(nèi)的信號的信號處理，因此用于初始穩(wěn)定化處理的時間量可以減少，用于認證的時間量也可以減少，并且可以改善用戶的便利性。

圖2是示出根據(jù)實施例的信號恢復(fù)器130的示例的示圖。參照圖2，例如，信號恢復(fù)器130包括采樣器和保持器210、信號轉(zhuǎn)換器230和信號加法器240。

采樣器和保持器210采樣和保持從信號放大器120輸出的信號。例如，采樣器和保持器210可以使用開關(guān)對從信號放大器120輸出的信號進行采樣，并且在存儲器(例如，電容器)中存儲采樣信號。

信號轉(zhuǎn)換器230將通過采樣器和保持器210采樣并保持的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字域的信號。例如，信號轉(zhuǎn)換器230可以使用被配置為將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，將從采樣器和保持器210輸出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

信號加法器240通過對從信號轉(zhuǎn)換器230輸出的與輸入信號的周期相應(yīng)的數(shù)字信號求和來生成輸出信號。通過由信號轉(zhuǎn)換器230轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)字信號包括周期性獲得的與輸入信號的變化相關(guān)聯(lián)的信息，因此通過將數(shù)字信號相加來恢復(fù)關(guān)于原始輸入的信息。

在另一示例中，信號恢復(fù)器130還包括濾波器220。濾波器220可以通過對采樣信號執(zhí)行低通濾波，來減少包括在由采樣器和保持器210采樣的信號中的高頻噪聲分量。信號轉(zhuǎn)換器230將通過低通濾波獲得的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且信號加法器240通過將數(shù)字信號相加來生成輸出信號。

圖3A至圖3D是示出根據(jù)一個或多個實施例的由信號處理設(shè)備執(zhí)行的信號處理的示例的示圖。在圖3A的示例中，“310”是指輸入到圖1的差信號獲取器110的輸入信號，“A”是指在預(yù)設(shè)時間間隔(諸如，示出的6個T間隔)輸入信號310的信號幅度范圍。

差信號獲取器110通過對應(yīng)于每個時間間隔T執(zhí)行的切換操作，從輸入信號310獲得時間序列差信號。獲得的差信號在圖3B的示例被指示為“320”。每當差信號320到達每個時間間隔T的開始時，差信號320被設(shè)置為參考信號的信號值，并且差信號320在差信號320被設(shè)置為信號值之后，在每個時間間隔T之后，反映輸入信號310的幅度的變化。在此，“a”指示差信號320的最大信號幅度范圍。

差信號320由圖1的信號放大器120放大，例如，在圖3C的示例中，放大的信號被示出為“330”，并且“aa”指示放大的差信號330的最大信號幅度范圍。

放大的差信號330通過圖1的信號恢復(fù)器130轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。如圖3D所示，通過轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)字信號被示出為“340”。信號恢復(fù)器130在由差信號獲取器110開始周期性的求差之前的時間點，對從信號放大器120輸出的放大的差信號330進行采樣，并且將采樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號值?！皌_d[n-1]”、“t_d[n]”和“t_d[n+1]”指示由差信號獲取器110開始周期性的求差的每個時間點，并且可選地指示信號放大器120的輸入端被設(shè)置為參考信號的信號值的時間點?！皌_c[n-1]”、“t_c[n]”和“t_c[n+1]”指示由信號恢復(fù)器130開始模數(shù)轉(zhuǎn)換的每個時間點。

圖4A和圖4B是示出根據(jù)實施例的用于實現(xiàn)信號處理設(shè)備400的電路的示例的示圖。參照圖4A，例如，信號處理設(shè)備400包括差信號獲取器110、信號放大器120和信號恢復(fù)器130。

差信號獲取器110包括第一開關(guān)420和第一電容器410。第一開關(guān)420的一端連接到信號放大器120的輸入端和第一電容器410，第一開關(guān)420的另一端連接到第一參考信號430。第一電容器410的一端連接到第一開關(guān)420和信號放大器120的輸入端。

基于第一控制信號來控制第一開關(guān)420的每個切換操作，并且以比輸入信號的周期(例如，輸入信號的帶寬)短的周期，來執(zhí)行第一開關(guān)420的每個切換操作。在一個示例中，第一控制信號可以控制第一開關(guān)420，以比輸入信號的周期短兩倍或更多倍的周期來執(zhí)行切換操作。

在第一開關(guān)420的開路狀態(tài)下，經(jīng)過第一電容器410的輸入信號被輸入到信號放大器120。在第一開關(guān)420的通路狀態(tài)下，信號放大器120的輸入端被重置為第一參考信號430的信號值，例如，偏壓的電壓值。被布置在信號處理設(shè)備400的前端的電容器410從輸入信號去除不必要的直流(DC)分量，以防止輸入信號的DC分量被傳送到信號放大器120，并且在第一開關(guān)420的通路狀態(tài)下將信號放大器120的輸入端保持為第一參考信號430的信號值。

在第一開關(guān)420的通路狀態(tài)改變?yōu)榈谝婚_關(guān)420的開路狀態(tài)之后，將被輸入到信號放大器120的信號可以隨著輸入信號從(輸入信號為第一參考信號430的信號值的)開始點改變而改變。例如，每當?shù)谝婚_關(guān)420通路時，信號放大器120的輸入端在該時間點被設(shè)置為第一參考信號430的信號值。當?shù)谝婚_關(guān)420開路時，反映從第一參考信號430的信號值開始輸入信號變化的信號被輸入到信號放大器120。通過第一開關(guān)420的這種切換操作，獲得反映在第一開關(guān)420通路期間的一個或多個時間間隔發(fā)生的輸入信號變化的差信號。

信號放大器120放大通過差信號獲取器110獲得的差信號。在一個示例中，信號放大器120的輸入端可以連接到偏置電阻(未示出)，偏置電阻并連到第一開關(guān)420，以設(shè)置信號放大器120的參考偏置(reference bias)。

如圖4A所示，采樣器和保持器210包括第二開關(guān)440和第二電容器450。第二開關(guān)440的一端連接到信號放大器120的輸出端，第二開關(guān)440的另一端連接到第二電容器450和濾波器220。第二電容器450的一端連接到第二開關(guān)440和濾波器220，第二電容器450的另一端連接到第二參考信號460。在一個示例中，第二參考信號460可以選擇性地具有與第一參考信號430的信號值相同的信號值。

第二開關(guān)440基于第二控制信號，對信號放大器120的輸出信號進行采樣。第二電容器450保持由第二開關(guān)440采樣的信號。第二控制信號可以控制第二開關(guān)400在第一開關(guān)420被重置為參考電壓之前的時間點(例如，在第一開關(guān)420通路之前立即)，對信號放大器120的輸出信號進行采樣。

濾波器220對存儲在第二電容器450中的信號(例如，通過第二開關(guān)440采樣的信號)，進行低通濾波。通過信號轉(zhuǎn)換器230將通過低通濾波獲得的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號加法器240對通過信號轉(zhuǎn)換器230執(zhí)行的轉(zhuǎn)換獲得的與輸入信號的周期相應(yīng)(例如，與所有的時間間隔相應(yīng))的數(shù)字信號求和，以恢復(fù)原始輸入信號的信息。

在一個示例中，信號處理設(shè)備400還可以包括：被配置為生成第一控制信號和第二控制信號并且控制信號處理設(shè)備400的全部操作的控制器402。

圖4B示出在信號處理設(shè)備400的每個節(jié)點測量的信號波形的示例。參照圖4B，通過節(jié)點470來輸入輸入信號Vin，并且通過第一開關(guān)420的切換操作來獲得差信號V_A_i?；谕ㄟ^第一控制信號確定的第一開關(guān)420的切換操作的周期來確定差信號V_A_i的周期495。通過信號放大器120的輸入端472來輸入差信號V_A_i，通過信號放大器120來放大差信號V_A_i，并且通過信號放大器120的輸出端474來輸出放大的差信號V_A_o。

通過第二開關(guān)440對放大的差信號V_A_o進行采樣，并且在節(jié)點476獲得采樣信號V_SH。濾波器220對采樣信號V_SH進行低通濾波，并且在節(jié)點478獲得通過低通濾波獲得的信號V_LPF。信號轉(zhuǎn)換器230通過數(shù)字采樣處理將信號V_LPF轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且在節(jié)點480獲得數(shù)字信號ADCout。信號加法器240對與輸入信號Vin的周期相應(yīng)的數(shù)字信號ADCout求和或構(gòu)建，以生成輸出信號Vout，并且通過輸出端482來輸出該輸出信號Vout。

在圖4B的示例中，“485”指示輸入信號Vin的信號電壓范圍，“490”指示信號處理設(shè)備400應(yīng)用到的電路的操作電壓范圍。如圖4B所示，盡管具有大于電路的操作電壓范圍490的信號電壓范圍485的輸入信號Vin被輸入到電路，但是隨著具有小于輸入信號Vin的信號電壓范圍485的信號電壓范圍的差信號V_A_i被放大，正常的放大處理可被執(zhí)行。如上所述，能夠測量具有大于電路的操作電壓范圍的電壓范圍的輸入信號。盡管在此描述了輸入信號的信號電壓范圍大于電路的操作電壓范圍的情況，但是在此描述的示例可用于輸入信號的信號電壓范圍處于電路的操作電壓范圍內(nèi)的情況。

圖5A至圖5D是示出應(yīng)用到圖4A的信號處理設(shè)備400的組件的控制信號的示例和由信號處理設(shè)備400測量的信號的示例的示圖。在圖5A至圖5D的示例中，“510”指示應(yīng)用到圖4A的第一開關(guān)420的第一控制信號，“520”指示作為圖4A的信號放大器120的輸入信號的通過圖4A的差信號獲取器110獲得的差信號，“530”指示信號放大器120的輸出信號，“540”指示應(yīng)用到圖4A的第二開關(guān)440的第二控制信號，“550”指示圖4A的采樣器和保持器210的輸出信號。

參照圖5A，以邏輯高電平周期性地控制第一控制信號510。參照圖5B，每次第一控制信號510變?yōu)檫壿嫺邥r，第一開關(guān)420通路，并且信號放大器120的輸入信號520被設(shè)置為第一參考信號430的信號值。在第一控制信號510處于示出的邏輯低電平的時間段期間，第一開關(guān)420開路，并且在信號放大器120的輸入信號520中反映將被輸入到信號處理設(shè)備400的輸入信號的變化。

例如，如圖5A和圖5B所示，在“a”與“b”之間的時間間隔以及“d”與“e”之間的時間間隔，第一控制信號510變?yōu)檫壿嫺?，并且信號放大?20的輸入信號520被設(shè)置為第一參考信號430的信號值。在此，例如，a與b之間的時間間隔以及d與e之間的時間間隔中的每個時間間隔可以具有1微秒(μs)的時間長度。在第一控制信號510是邏輯低的“b”與“c”之間的時間間隔，信號放大器120的輸入信號520可隨著輸入信號變化而變化。如圖5B所示，通過信號放大器120來放大信號放大器120的輸入信號520，并且輸出信號放大器120的輸出信號530。

如圖5C所示，在第一控制信號510變?yōu)檫壿嫺咧暗臅r間點，第二控制信號540周期性地為示出的邏輯高電平。在第二控制信號540為邏輯高電平的時間段期間，第二開關(guān)440通路，并且信號放大器120的輸出信號530被采樣和保持。在第二控制信號540為示出的邏輯低電平的時間段期間，第二開關(guān)440開路，并且采樣器和保持器210的輸出信號550被保持為具有前一時間間隔的采樣信號值。

例如，如圖5D所示，在“b”與“c”之間的時間間隔，第二控制信號540被示出為邏輯低，并且采樣器和保持器210的輸出信號550被保持為具有前一時間間隔的采樣信號值。在“c”與“d”之間的時間間隔，第二控制信號540是邏輯高，并且采樣器和保持器210的輸出信號550基于信號放大器120的輸出信號530而變化。

圖6是示出根據(jù)實施例的信號處理設(shè)備600的另一示例的示圖。通常，在具有周期性的時鐘信號中，在上升沿或下降沿可能發(fā)生快速變化。在這種情況下，當在這種上升沿或下降沿發(fā)生的時間間隔，放大器的輸入端被重置為參考信號時，放大器不能正常地放大時鐘信號。

在一個示例中，信號處理設(shè)備600在基于時間區(qū)分的不同階段，將輸入信號施加到信號放大器670的不同輸入端，因此可以正常放大具有時鐘信號的形式的輸入信號，增加將信號放大器670的輸入端重置為具有參考信號的信號值的開關(guān)的重置時間。由于增加了開關(guān)的重置時間，因此能夠使用小尺寸的開關(guān)。

如圖6所示，信號處理設(shè)備600具有雙差分輸入(differential dual input)和差分輸出的形式。術(shù)語“雙差分輸入”指示信號放大器670具有包括兩個輸入端的加(+)輸入和包括兩個輸入端的減(-)輸入的形式。差分輸出指示信號放大器670具有加(+)輸出和減(-)輸出的形式。然而，信號放大器670的輸入端和輸出端的形式不限于上述，因此可以進行各種修改和變化。以下，僅作為一個示例，將基于信號處理設(shè)備600的配置更加詳細地描述信號處理設(shè)備(諸如，圖6的信號處理設(shè)備600)的功能和操作。

參照圖6，信號處理設(shè)備600包括：被配置為將第一輸入信號Vip傳送到信號放大器670的第一輸入電路或第一輸入開關(guān)(以下，“第一輸入器”)610，、被配置為將第二輸入信號Vin傳送到信號放大器670的第二輸入電路和第二輸入開關(guān)(以下，“第二輸入器”)640、，以及信號放大器670。在此，第一輸入信號Vip和第二輸入信號Vin是差分信號的關(guān)系，每個信號具有時鐘信號或至少周期信號的形式。

第一輸入器610包括：第一開關(guān)615、第二開關(guān)620、第一電容器625和第二電容器630。通過第一控制信號f_resetp1和第二控制信號f_resetp2來分別控制第一開關(guān)615和第二開關(guān)620的切換操作。

第一開關(guān)615的一端連接到第一電容器625和信號放大器670的第一輸入端672，第一開關(guān)615的另一端連接到第一參考信號635，例如，具有電壓值的偏壓。第一電容器625的一端連接到第一開關(guān)615和信號放大器670的第一輸入端672，第一電容器625的另一端連接到第一輸入信號Vip和第二電容器630。第二開關(guān)620的一端連接到第二電容器630和信號放大器670的第二輸入端674，第二開關(guān)620的另一端連接到第一參考信號635。第二電容器630的一端連接到第二開關(guān)620和信號放大器670的第二輸入端674，第二電容器630的另一端連接到第一輸入信號Vip和第一電容器625。

信號放大器670的第一輸入端672和第二輸入端674分別連接到信號放大器670中的第一晶體管和第二晶體管。在一個示例中，第一晶體管和第二晶體管的兩端可被連接。例如，第一晶體管的漏端可以連接到第二晶體管的漏端，第一晶體管的源端可以連接到第二晶體管的源端。

第一輸入器610將第一輸入信號Vip交替地傳送到第一輸入端672和第二輸入端674。在一個示例中，在第一階段，第一開關(guān)615通路，以將第一參考信號635傳送到第一輸入端672，并且第二開關(guān)620開路，以將第一輸入信號Vip傳送到第二輸入端674。在第二階段，第一開關(guān)615開路，以將第一輸入信號Vip傳送到第一輸入端672，并且第二開關(guān)620通路，以將第一參考信號635傳送到第二輸入端674。在第一階段和第二階段中的每個階段，第一輸入信號Vip的上升沿分量和下降沿分量可以被傳送到信號放大器670。第一輸入器610可以交替地且重復(fù)地執(zhí)行第一階段和第二階段。

第二輸入器640包括第三開關(guān)645、第四開關(guān)650、第三電容器655和第四電容器660。通過第三控制信號f_resetn1和第四控制信號f_resetn2來分別控制第三開關(guān)645和第四開關(guān)650的操作。

第三開關(guān)645的一端連接到第三電容器655和信號放大器670的第三輸入端676，第三開關(guān)645的另一端連接到第二參考信號665。在一個示例中，第二參考信號665可以具有等于第一參考信號635的信號值的信號值。第三電容器655的一端連接到第三開關(guān)645和信號放大器670的第三輸入端676，第三電容器655的另一端連接到第二輸入信號Vin和第四電容器660。第四開關(guān)650的一端連接到第四電容器660和信號放大器670的第四輸入端678，第四開關(guān)650的另一端連接到第二參考信號665。第四電容器660的一端連接到第四開關(guān)650和信號放大器670的第四輸入端678，第四電容器660的另一端連接到第二輸入信號Vin和第三電容器655。

信號放大器670的第三輸入端676和第四輸入端678分別連接到信號放大器670中的第三晶體管和第四晶體管。在一個示例中，第三晶體管和第四晶體管的兩端可被連接。例如，第三晶體管的漏端可以連接到第四晶體管的漏端，第三晶體管的源端可以連接到第四晶體管的源端。

第二輸入器640將第二輸入信號Vin交替地傳送到第三輸入端676和第四輸入端678。在一個示例中，在第一階段，第三開關(guān)645通路，以將第二參考信號665傳送到第三輸入端676，并且第四開關(guān)650開路，以將第二輸入信號Vin傳送到第四輸入端678。在第二階段，第三開口645開路，以將第二輸入信號Vin傳送到第三輸入端676，并且第四開關(guān)650通路，以將第二參考信號665傳送到第四輸入端678。在第一階段和第二階段中的每個階段，第二輸入信號Vin的下降沿分量和上升沿分量可以被傳送到信號放大器670。第二輸入器640可以交替地且重復(fù)地執(zhí)行第一階段和第二階段。

信號放大器670放大第一輸入信號Vip和第二輸入信號Vin的差信號，并且輸出放大的差信號。從信號放大器670輸出的差信號(例如，差信號Vop和差信號Von)可以在數(shù)字域被恢復(fù)。例如，可以通過由ADC對信號放大器670的輸出信號分別進行采樣和轉(zhuǎn)換，并且使用對通過轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)字值相加或?qū)?shù)字值積分的方法，或者對在時間間隔的信號值進行移位的方法，來執(zhí)行恢復(fù)。

在一個示例中，信號處理設(shè)備600還可以包括：被配置為生成第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號并且控制信號處理設(shè)備600的全部操作的控制器602。

圖7A至圖7D是示出由控制器生成的將被應(yīng)用到圖6的信號處理設(shè)備600的控制信號的示例以及由信號處理設(shè)備600測量的信號的示例。

參照圖7A，時鐘信號形式的輸入信號Vipn被分類為處于差分信號關(guān)系的第一輸入信號Vip和第二輸入信號Vin。第一輸入信號Vip和第二輸入信號Vin分別被輸入到第一輸入器610和第二輸入器640。

第一控制信號f_resetp1被應(yīng)用到第一開關(guān)615，第二控制信號f_resetp2被應(yīng)用到第二開關(guān)620。第一控制信號f_resetp1和第二控制信號f_resetp2是不重疊信號，并且具有彼此相反的相位。例如，當?shù)谝婚_關(guān)615和第二開關(guān)620通路時，第一控制信號f_resetp1和第二控制信號f_resetp2可以處于邏輯高電平。

例如，如圖7A所示，當?shù)谝豢刂菩盘杅_resetp1是邏輯高時，例如，在“f”與“g”之間的時間間隔以及“h”與“i”之間的時間間隔，第一參考信號635被輸入到第一輸入端672。在此，第二控制信號f_resetp2是邏輯低，第一輸入信號Vip被輸入到第二輸入端674。第一輸入信號Vip的上升沿分量被輸入到第二輸入端674，得到放大的V_A_ip1信號。

當?shù)谝豢刂菩盘杅_resetp1是邏輯低時，例如，在“g”與“h”之間的時間間隔以及“i”與“j”之間的時間間隔，第一輸入信號Vip被輸入到第一輸入端672。在此，第二控制信號f_resetp2是邏輯高，第一參考信號635被輸入到第二輸入端674。第一輸入信號Vip的下降沿分量被輸入到第一輸入端672，得到放大的V_A_ip2信號。

當?shù)谝惠斎攵?72和第二輸入端674連接到對電路的后端具有相同影響的各個輸入晶體管，并且輸入晶體管的兩端被連接時，從電路的后端觀察，通過第一輸入端672和第二輸入端674輸入的雙輸入信號可以等于示出的V_A_ip_eq信號的輸入。

可以對第二輸入信號Vin輸入到的第二輸入器640執(zhí)行與對第一輸入器610執(zhí)行的處理類似的處理。當?shù)谌刂菩盘杅_resetn1是邏輯高時，例如，在“f”與“g”之間的時間間隔以及“h”與“i”之間的時間間隔，第二參考信號665被輸入到第三輸入端676。在此，第四控制信號f_resetn2是邏輯低，第二輸入信號Vin被輸入到第四輸入端678。第二輸入信號Vin的下降沿分量被輸入到第四輸入端678，得到放大的V_A_in1信號。

當?shù)谌刂菩盘杅_resetn1是邏輯低時，例如，在“g”與“h”之間的時間間隔以及“i”與“j”之間的時間間隔，第二輸入信號Vin被輸入到第三輸入端676。在此，第四控制信號f_resetn2是邏輯高，第二參考信號665被輸入到第四輸入端678。第二輸入信號Vin的上升沿分量被輸入到第三輸入端676，得到放大的V_A_in2信號。

當?shù)谌斎攵?76和第四輸入端678連接到對電路的后端具有相同影響的各個輸入晶體管，并且輸入晶體管的兩端被連接時，從電路的后端觀察，通過第三輸入端676和第四輸入端678輸入的雙輸入信號可以等于示出的V_A_in_eq信號的輸入。

在圖7B中，“710”指示通過從圖7A所示的信號波形V_A_ip_eq減去信號波形V_A_in_eq獲得的信號波形。通過信號放大器670的第一輸入端至第四輸入端672、674、676和678輸入的信號可以等于具有信號波形710的信號?？梢酝ㄟ^信號放大器670來放大信號波形710，并且關(guān)于原始輸入信號的信息可以基于放大的信號被恢復(fù)。例如，如圖7C所示，對于信號恢復(fù)，可以使用下面的方法：在緊接著例如f、g、h、i和j點之前的時間點，對信號放大器670的輸出信號進行采樣并且對采樣值連續(xù)相加。在此，得到的信號波形被示出為“720”。對于另一示例，如圖7D所示，如“730”所示，可以使用對在時間間隔的信號值進行移位(例如，僅對“f”與“g”之間的時間間隔以及“h”與“i”之間的時間間隔的信號值進行移位)的方法，來恢復(fù)信號。

圖8是示出根據(jù)實施例的信號處理方法的示例的流程圖?？梢酝ㄟ^信號處理設(shè)備，例如，圖1的信號處理設(shè)備100和圖4A的信號處理設(shè)備400來執(zhí)行信號處理方法。信號處理方法的可選實現(xiàn)方式也是可行的。

參照圖8，在操作810中，信號處理設(shè)備基于切換操作獲得輸入信號的差信號。信號處理設(shè)備可以使開關(guān)周期性通路，以將信號放大器的輸入端重置為參考信號，然后將開關(guān)周期性地開路，以獲得反映輸入信號變化的差信號。在操作820中，信號處理設(shè)備放大差信號。在操作830中，信號處理設(shè)備將放大的差信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號處理設(shè)備可以基于切換操作，對放大的差信號進行采樣，并且將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在操作840中，信號處理設(shè)備通過對數(shù)字信號求和來生成輸出信號。信號處理設(shè)備可通過對基于時間(例如，與周期輸入信號的周期相應(yīng))的數(shù)字信號求和或者累積，來生成包括關(guān)于原始輸入信號的信息的輸出信號。

通過硬件組件實現(xiàn)執(zhí)行在此針對圖8描述的操作的圖1、圖2、圖4A、圖4B和圖6示出的設(shè)備、單元、模塊、裝置和其他組件(例如，差信號獲取器110、信號放大器120、信號放大器670、信號恢復(fù)器130、采樣器和保持器210、濾波器220、信號轉(zhuǎn)換器230、信號加法器240和信號輸入器610、信號輸入器640)。硬件組件的示例包括控制器、傳感器、生成器、驅(qū)動器以及本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的任何其他電子組件。在一個示例中，通過一個或多個處理器或計算機實現(xiàn)硬件組件。通過一個或多個處理元件(諸如，邏輯門陣列、控制器和算術(shù)邏輯單元、數(shù)字信號處理器、微型計算機、可編程邏輯控制器、現(xiàn)場可編程門陣列、可編程邏輯陣列、微處理器或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的能夠以定義的方式響應(yīng)并執(zhí)行指令來實現(xiàn)期望結(jié)果的任何其它裝置或裝置的組合)來實現(xiàn)處理器或計算機。在一個示例中，處理器或計算機包括或連接到：存儲由處理器或計算機執(zhí)行的指令或軟件的一個或多個存儲器。通過處理器或計算機實現(xiàn)的硬件組件執(zhí)行指令或軟件，諸如，操作系統(tǒng)(OS)和在OS上運行的一個或多個軟件應(yīng)用程序，以執(zhí)行在此針對圖8描述的操作。硬件組件還響應(yīng)于指令或軟件的執(zhí)行來訪問、操縱、處理、創(chuàng)建和存儲數(shù)據(jù)。為了簡明，可以在這里描述的實施例的描述中使用單數(shù)術(shù)語“處理器”或“計算機”，但是在其它實施例中，使用多個處理器或計算機，或者處理器或計算機包括多個處理元件，或多種類型的處理元件，或者使用處理器和計算機二者。在一個示例中，硬件組件包括多個處理器，在另一示例中，硬件組件包括處理器和控制器。硬件組件具有任何一個或多個不同處理配置，其示例包括單個處理器、獨立處理器、并行處理器、單指令單數(shù)據(jù)(SISD)多處理、單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)多處理、多指令單數(shù)據(jù)(MISD)多處理和多指令多數(shù)據(jù)(MIMD)多處理。

通過如上所述的執(zhí)行指令或軟件以執(zhí)行在此描述的操作的處理器或計算機，來執(zhí)行圖8所示的方法，該方法執(zhí)行在此針對圖1、圖2、圖4A、圖4B和圖6描述的操作。

用于控制處理器或計算機實現(xiàn)硬件組件并執(zhí)行如上所述的方法的指令或軟件可以被編寫為計算機程序、代碼段、指令或它們的任何組合，從而單獨地或共同指示或配置處理器或計算機作為機器或?qū)Ｓ糜嬎銠C進行操作，以執(zhí)行由硬件組件執(zhí)行操作和如上所述的方法。在一個示例中，指令或軟件包括直接由處理器或計算機執(zhí)行的機器代碼，諸如，由編譯器生成的機器代碼。在另一示例中，指令或軟件包括由處理器或計算機使用解釋器執(zhí)行的高級代碼。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的編程者可以基于在附圖中所示的框圖和流程圖以及說明書中的相應(yīng)描述容易地編寫指令或軟件，在附圖中所示的框圖和流程圖以及說明書中的相應(yīng)描述中，公開了用于執(zhí)行由硬件組件執(zhí)行的操作的算法和如上所述的方法。

用于控制處理器或計算機實現(xiàn)定硬件組件并執(zhí)行如上所述的方法的指令或軟件以及任何相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可被記錄、存儲或固定在一個或多個非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)中。非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)的示例包括：只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、閃存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁帶、軟盤、磁光數(shù)據(jù)存儲裝置、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲裝置、硬盤、固態(tài)磁盤以及本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的任意裝置，其中，所述任意裝置能夠以非暫時性方式存儲指令或軟件以及任何相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且將指令或軟件以及任何相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供給處理器或計算機，使得處理器或計算機能夠執(zhí)行指令。在一個示例中，通過聯(lián)網(wǎng)的計算機系統(tǒng)來分布指令或軟件以及任何相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而通過處理器或計算機以分布方式存儲、訪問并且執(zhí)行指令或軟件以及任何相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

盡管本公開包括特定示例，但是對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的是，在不脫離權(quán)利要求及其等同物的精神和范圍的情況下，可以對這些示例進行形式和細節(jié)上的各種改變。在此所描述的示例被認為僅是描述性的意義，而不是為了限制的目的。每個示例中的特征或方面的描述將被認為可適用于其它示例中的類似特征或方面。如果描述的技術(shù)以不同順序執(zhí)行，和/或如果描述的系統(tǒng)、架構(gòu)、裝置或電路中的組件以不同方式組合，和/或由其他組件或其等同物替代或補充，則可以實現(xiàn)合適的結(jié)果。因此，本公開的范圍不是由詳細的描述限定，而是由權(quán)利要求及其等同物限定，權(quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi)的所有變化都將被解釋為包括在本公開中。