CN101483436B - 以分段线性方式执行非线性数值转换的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于处理数字输入值的装置，其包含：第一存储器部分，其上面存储有Q个定界符值，其中所述Q个定界符值将N位数字输入值的范围划分成Q+1个区域，且至少第一区域和第二区域具有不相等的大小；第二存储器部分，其上面存储有查找表，所述查找表存储Q+1组系数，用于执行所述数字输入值到具有第二自然单位的数字输出值的数值转换；以及算术逻辑，其使用所述N位数字输入值和所述选定系数对来执行数值转换。将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值进行比较，以确定所述Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域。根据所述相应区域来索引所述查找表，以提供所述选定系数对。

Description

以分段线性方式执行非线性数值转换的装置及方法
相关申请案的交叉参考
本申请案与皮特·钱伯斯(Peter Chambers)和约瑟夫·詹姆斯·贾德金III(Joseph James Judkins III)的题为“将查找表用于系数存储来进行数值转换(Numerical Value Conversion Using A Look-Up Table For Coefficient Storage)”的第10/759,786号共同待决且共同转让的美国专利申请案有关。 
本申请案还与皮特·钱伯斯(Peter Chambers)和约瑟夫·詹姆斯·贾德金III(Joseph James Judkins III)的题为“使用支持可变分辨率操作数的饱和度有限的算术逻辑单元来进行数值转换(Numerical Value Conversion Using A Saturation Limited Arithmetic Logic Unit Supporting Variable Resolution Operands)”的第10/759,988号共同待决且共同转让的美国专利申请案有关。 
技术领域
本发明涉及一种用于处理数字值且执行将所述数字值从一个单位系统转换到另一单位系统(通常是自然单位)的数值转换的装置，且明确地说，涉及一种数据处理装置，其耦合到模拟到数字转换器，用以通过将查找表用于存储系数来执行非线性数值转换。 
背景技术
在许多电子系统中，通常使用模拟到数字转换器(ADC)来将模拟数据源数字化成数字值。所述模拟数据源可以是电压、电流、温度或其它真实世界参数。模拟到数字转换器以“数字位”的形式产生数字值，其中数字位通常以任意单位来表达。也就是说，来自ADC的经数字化的输出值“0100”未必对应于4伏或4安培，而是所述经数字化的输出值仅仅是对模拟数据源的以任意标度的测量。所述任意标度通常随ADC本身的特性而变化。 
希望且通常有必要将由ADC产生的数字值表达为真实世界参数，例如以伏为单位的电压、以安培为单位的电流以及以摄氏度或华氏为单位的温度。因此，在操作中，在ADC将模拟数据源(温度、电压或电流)数字化成具有任意单位的数字值之后，进行后转换数据处理以将具有任意单位的数字位转换成适当的真实世界单位(例如，摄氏度、伏和安培)。所述后转换数据处理称为数值转换。举例来说，ADC可对输入电压值进行数字化，且提供以毫伏的整数为单位的值作为最终数字输出。一般来说，具有内建乘法 和加法功能的算术逻辑单元(ALU)附接到ADC，以执行必要的数值转换。 
数值转换过程使用一个或一个以上系数来将具有任意单位的数字值变换成所需的真实世界单位。通常，所述系数存储在存储器或寄存器中，且由ALU检索以执行所述转换。因此，在常规系统中，将所述系数视为待应用于转换所有经数字化值的常数。然而，在一些应用中，待使用的系数的值可能视某些参数而变化，例如产生模拟数据源的装置或产生经数字化值的ADC的操作条件。 
此外，在大多数应用中，使用模拟到数字转换器来对单个模拟数据源进行数字化。然而，在一些应用中，希望使用单个模拟到数字转换器来对多个模拟数据源进行数字化。在此情况下，对将来自ADC的数字值转换成各种物理单位存在要求，每一转换要求单独的系数组。因此，数值转换过程必须支持使用多个系数来实现将数值转换成多个单位。此外，具有任意单位的数字值到具有所需真实世界单位的数字值之间的转换可能涉及非线性关系。当数值转换具有非线性关系时，所述系数必须能够近似表示非线性转换关系。 
发明内容
根据本发明的一个实施例，描述一种用于处理由模拟到数字转换器产生的N位数字输入值且产生数字输出信号的装置。数字输入值具有第一单位(其为任意单位)，且数字输出信号具有第二单位，其为物理测量的自然单位且通过第一等式而与第一单位相关。数字输出信号供主机处理器用来处理由模拟到数字转换器俘获的信息。所述装置包含存储器，所述存储器包含第一存储器部分和第二存储器部分。第一存储器部分上存储有Q个定界符值，其中所述Q个定界符值将N位数字输入值的范围划分成Q+1个区域，且所述Q+1个区域中的至少第一区域和第二区域具有不相等的大小。第二存储器部分上存储有查找表，所述查找表存储用于执行具有第一单位的数字输入值到具有第二单位的数字输出值的数值转换的Q+1组系数。每一组系数包含斜率系数与偏移系数的系数对，且所述系数对与数字输入值的Q+1个区域中的相应一者相关联。所述查找表由第一索引参数索引，以提供斜率系数与偏移系数的选定系数对，其中第一索引参数经选择以操作所述装置进行非线性转换。算术逻辑单元接收具有第一单位的N位数字输入值，以及来自第二存储器部分中的查找表的斜率系数与偏移系数的选定系数对。算术逻辑单元基于第一等式而执行数值转换，且使用N位数字输入值和选定系数对来计算具有第二单位的数字输出值。 
在操作中，将N位数字输入值与Q个定界符值进行比较，以确定Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域，且第一索引参数具有指示Q+1个区域中的 相应一者的值，且所述值应用于查找表以提供选定系数对。 
根据本发明的另一方面，描述一种用于处理由模拟到数字转换器产生的N位数字输入值且产生数字输出信号的方法。数字输入值具有第一单位(其为任意单位)，且数字输出信号具有第二单位，其为物理测量的自然单位且通过第一等式而与第一单位相关，且数字输出信号供主机处理器用来处理由模拟到数字转换器俘获的信息。所述方法包含：将Q个定界符值存储在存储器的第一存储器部分中，其中所述Q个定界符值将N位数字输入值的范围分成Q+1个区域，且所述Q+1个区域中的至少第一区域和第二区域具有不相等的大小；将Q+1组系数存储在存储器的第二存储器部分中的查找表中，以执行具有第一单位的数字输入值到具有第二单位的数字输出值的数值转换，其中每一组系数包含斜率系数与偏移系数的系数对，且所述系数对与数字输入值的Q+1个区域中的相应一者相关联；将N位数字输入值与Q个定界符值进行比较，以确定Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域；产生第一索引参数，其具有指示Q+1个区域中的相应一者的值；使用第一索引参数来索引所述查找表，以提供斜率系数与偏移系数的选定系数对，其中第一索引参数经选择以操作所述装置进行非线性转换；向算术逻辑单元提供N位数字输入值以及斜率系数与偏移系数的选定系数对；以及基于第一等式且使用N位数字输入值和斜率系数与偏移系数的选定系数对而在算术逻辑单元处执行数值转换，以从具有第一单位的数字输入值计算具有第二单位的数字输出值。 
在考虑下文的详细描述内容以及附图后会更好地理解本发明。 
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的并入有本发明的数据处理装置的光学收发器的示意图。 
图2是根据本发明一个实施例的并入有本发明的数据处理装置的光学收发器控制器的示意图。 
图3复制第10/759,786号美国专利申请案的图1，且是用于通过将查找表用于系数存储来执行数值转换的装置的示意图。 
图4复制第10/759,786号美国专利申请案的图6，且是根据本发明替代实施例的用于通过将查找表用于系数存储来执行数值转换的装置的示意图。 
图5复制第10/759,786号美国专利申请案的图4，且说明使用分段线性途径来实施数值转换的查找表。 
图6复制第10/759,786号美国专利申请案的图5，且是说明使用图5的查找表来实 施分段线性途径以近似表示非线性转换关系的效应的曲线图。 
图7说明根据本发明一个实施例的接收功率参数的定界符值到接收功率系数组的映射。 
图8是说明使用图7的可变范围查找表来实施分段线性途径以近似表示非线性转换关系的效应的曲线图。 
具体实施方式
根据本发明的原理，数据处理装置使用可变范围系数来对由模拟到数字转换器产生的N位数字输入值执行后转换处理。使用可变范围系数来执行具有任意单位的数字值到具有自然单位的数字值的数值转换，其中自然单位和任意单位具有非线性关系。可变范围系数允许较接近地近似表示非线性关系以改进转换的准确性。更具体地说，将数字输入值的范围划分成不相等的区域，其中每一区域与一组相应的转换系数相关联。所述区域的大小经选择以实现非线性转换关系(例如对数关系)的接近的分段线性近似表示。 
在一个实施例中，将系数存储在通过索引参数索引的查找表中。通过将查找表用于系数存储，可用简单且最小的电路来执行复杂的数值转换。本发明的数据处理装置可应用于装置大小和操作速度关键的系统。此外，可用简化的电路来实施复杂的数值转换。 
本发明的数据处理装置具有许多应用，且在耦合到模拟到数字转换器(ADC)以为ADC提供后转换数据处理时特别有用。以此方式，包含ADC和本发明的数据处理装置的ADC系统提供以真实世界单位表达的数字输出值。与ADC系统介接的主机系统可容易在没有进一步处理的情况下利用所述数字输出值。 
此外，本发明的数据处理装置可应用于对来自任何数据源的数字输入值执行转换。基本上，本发明的数据处理装置可用于将以第一单位系统表达的数字输入值转换成以第二单位系统表达的数字输出值。当第一单位系统与第二单位系统之间的关系是非线性的时，所述数据处理装置尤其有利。 
如上文所提及，模拟到数字转换器通常产生具有任意单位的数字值，且所述数字值必须转换成真实世界单位或自然单位才有用。在本描述内容中，真实世界单位或自然单位指代物理测量的单位，例如摄氏度、伏、安培、分贝和瓦。在以下描述内容中，将数据处理装置描述为在经耦合以对一个或一个以上模拟数据源进行数字化的模拟到数字转换中实施。然而，本发明的数据处理装置在模拟到数字转换器中的实施只是说明性的。在其它实施例中，本发明的数据处理装置可应用于对其它数字数据源(不管是否由ADC提供)执行数值转换。在本描述内容中，模拟到数字转换器的数字输出值被称为ADC 结果或数字位，且是进入本发明的数据处理装置中的数字输入值。 
模拟到数字转换器通常产生不可理解为自然单位的结果。举例来说，将电压测量到八个位的分辨率的ADC可能具有全标度值11111111(十进制的255，十六进制的FF)。所述全标度值可对应于1.25伏的全标度电压。当ADC对1伏信号进行数字化时，数字结果是任意二进制数，例如11001100(十进制的204，十六进制的CC)。通常需要以更用户友好的格式来提供ADC结果。举例来说，通常希望将1伏信号的ADC结果显示为1000毫伏(二进制的1111101000)。 
为了将以任意单位表达的数字值转换成自然单位，通常使用斜率/偏移转换等式。数字值与自然单位值之间的关系表达为： 
DN＝mDA+c，                    等式(1) 
其中DN是具有自然单位的所需数字输出值，DA是待以任意单位转换的数字输入值，m是斜率系数，且c是偏移系数。 
在经数字化的电压值的情况下，具有任意ADC单位的经数字化的电压值与具有自然单位的电压值之间的关系可表达为： 
Vn＝mVADC+c，                  等式(2) 
其中Vn是具有自然单位(例如，伏或毫伏)的所需数字输出电压值，VADC是待以任意单位转换的经数字化的电压值，m是斜率系数，且c是偏移系数。当应用于上文所给出的实例(其中8位全标度范围表示1.25伏)时，可使用4.90196的斜率系数m和0的偏移系数c来执行任意ADC单位与自然单位之间的数值转换。因此，转换等式给出为： 
Vn＝4.90196VADC。 
当VADC＝204时，那么Vn＝1000。 
通过执行数值转换，ADC结果可有意义地表达为以毫伏为单位的值。数值转换的计算通常由算术逻辑单元(ALU)执行，所述算术逻辑单元具有内建的乘法和加法功能。在常规系统中，通常将系数m和c视为从寄存器或存储器提供的常数。前面所提及的′786专利申请案描述一种装置和方法，其中提供一组系数m和c并将其存储在查找表中，使得可基于其它参数来选择用于转换的系数的值。举例来说，可基于提供数字值的系统的 操作条件或参数来选择所述系数。以此方式，可实现更准确的数值转换。 
上述等式描述数字输入值与经转换的值之间的线性关系，在一些应用中，数字输入值与选定组的自然单位之间的关系是非线性的。举例来说，ADC可能对电压信号进行数字化，但需要以分贝(dB)为单位的数字值。电压与分贝之间的关系具有对数标度，是非线性的。在此情况下，非线性关系可表达为具有系数和指数的多项式，如下： 
Vn＝m1V+m2V2+m3V3+m4V4+c，                等式(3) 
其中Vn是以分贝为单位的所需输出电压值，V是待以任意单位转换的经数字化的电压值，m1到m4是多项式系数，且c是偏移系数。虽然有可能建立ALU来估算此多项式，但所得ALU通常非常缓慢且大小较大，从而使得此实施方案不合需要。在速度或装置大小关键的应用中，使用ALU的直接计算并不实用。 
根据本发明的原理，数据处理装置通过使用接近地近似表示分段线性转换的可变范围系数来支持非线性转换。以此方式，可以较高速度且用简化的电路来获得高度准确的数值转换结果。 
本发明的数据处理装置可并入在多种电子装置中，且耦合到模拟到数字转换器，以执行精确数值转换。在下文的描述内容中，将本发明的数据处理装置描述为在光学收发器控制器中实施。数据处理装置在光学收发器控制器中的应用只是说明性的。所属领域的技术人员将了解，本发明的数据处理装置可应用于其它电子装置，以提供经数字化的数据值的准确数值转换。 
图1是根据本发明一个实施例的并入有本发明的数据处理装置的光学收发器的示意图。参看图1，光学收发器20在光学通信系统10中使用，以在光纤电缆12和14上传输和接收光学信号。光学收发器20包含：激光二极管26，其发射表示所传输的信号的光信号；以及光电检测器二极管28，其检测指示接收到的信号的传入光。光学收发器20包含光学收发器控制器22，用于操作激光二极管进行信号传输且操作光电检测器二极管接收光学信号。控制器22通常实施为集成电路，且因此通常被称为光学收发器控制器IC。在操作中，控制器22产生用于激光驱动器24的偏置信号VBIAS和一对调制信号(VMOD+/-)。激光驱动器24基于偏压值和调制信号而驱动激光二极管26。控制器22接收来自光电检测器二极管26的呈电压值形式的接收功率信号VRX。所述接收功率信号指示在光纤电缆14上检测到的光学信号。 
光学收发器控制器22经由数据总线21而与主机处理器30介接。以此方式，光学 收发器控制器22从主机处理器30接收控制和数据信号，且主机处理器30从控制器22接收数据和状态信号。在许多应用中，主机处理器30监视光学收发器20的操作状态，且从光学收发器20接收指示光学收发器的状态或操作条件的数据信号。操作条件通常是模拟数据源的经数字化的值，例如电压、电流或温度测量。为了减轻主机处理器30的计算负担，通常希望以这些经数字化值的自然单位向主机处理器提供这些经数字化值。如果直接以如由ADC产生的任意单位向主机处理器提供经数字化的数据，那么主机处理器在可有意义地解释所述经数字化的数据之前，将必须执行到自然单位的后转换处理。 
在图1中，展示光学收发器20的简化框图。在实际实施方案中，光学收发器20可包含其它组件以支持光学信号在光纤电缆上的传输和接收。光学收发器20的确切配置对本发明的实践来说不是关键的。本发明的数据处理装置并入在光学收发器控制器集成电路中，以对由控制器收集的经数字化的数据提供数值转换。 
图2是根据本发明一个实施例的并入有本发明的数据处理装置的光学收发器控制器的示意图。图2的示意图只说明本发明的数据处理装置以及与所述数据处理装置有关的光学收发器控制器的组件。在实际实施方案中，光学收发器控制器将包含图2中未展示的其它电路。光学收发器控制器的确切实施方案对本发明的实践来说不是关键的。光学收发器控制器仅有必要包含产生需要后转换处理的经数字化的数据的模拟到数字转换器。 
参看图2，光学收发器控制器22(控制器22)接收指示光学收发器系统的操作条件的各种模拟输入数据源。在本实施例中，控制器22接收指示光学收发器系统的接收功率的第一输入电压VRX。举例来说，电压VRX由检测光纤电缆14(图1)上的光学功率的光电检测器二极管产生。控制器22还接收指示光学收发器系统的监视器二极管的电压的第二输入电压VMPD。在图1的光学收发器系统中，监视器光电检测器二极管(未图示)通常耦合到激光二极管26，以监视激光二极管的输出功率。控制器22接收监视器电压VMPD，以监视激光二极管26的操作状态。最后，控制器22接收指示供应到激光二极管26的偏置电流的第三输入电压VBIAS。监视并调节激光二极管的偏置电流以确保合适的激光操作。在本实施例中，控制器22还包含用于测量环境温度的温度传感器104。温度传感器104产生指示测量到的温度的电压VTMP。 
控制器22包含单个模拟到数字转换器106，用于对多个模拟输入电压进行数字化。为此，多个输入电压VRX、VMPD、VBIAS和VTMP耦合到多路复用器102，其选择一个输入信道以在某一时间由ADC 106数字化。多路复用器102由选择信号SEL控制， 所述选择信号SEL是由光学收发器控制器22中的控制电路103产生的。ADC 106以N个位产生ADC结果，且所述N位ADC结果经受后转换处理后才在总线21上提供给主机处理器30。根据本发明，数据处理装置100并入在控制器22中，以为ADC 106提供后转换处理。由此，由ADC 106和数据处理装置100形成的ADC系统对模拟数据源进行数字化，且提供以真实世界或自然单位表达的数字输出值。 
控制器22中的数据处理装置100包含算术逻辑单元(ALU 108)，其具有内建的乘法和加法功能。ALU 108接收来自ADC 106的N位ADC结果作为数字输入值。ALU 108还接收来自一个或一个以上查找表118、120的斜率和偏移系数。查找表118由索引参数P11索引，以向ALU 108提供一对选定的斜率系数与偏移系数。查找表120由索引参数P12索引，以向ALU 108提供一对选定的斜率系数与偏移系数。在本实施例中，将查找表118和120实施为一个或一个以上存储器单元，例如随机存取存储器。在本实施例中，查找表118和120存储在单个存储器单元的不同部分中。在其它实施例中，每一查找表可在单独的存储器单元中实施。 
在本实施例中，数据处理装置100包含用于存储与接收功率(RXPWR)参数相关联的系数的查找表118。也就是说，查找表118中的系数用于对指示接收功率RXPWR参数的输入电压VRX进行数值转换。此外，数据处理装置100包含用于存储与控制器22的所有其它输入值相关联的系数的查找表120，所述其它输入值例如是监视器电压VMPD、偏置电流VBIAS和温度。 
在本实施例中，以如′786专利申请案中所述的方式来索引查找表120，以为ALU 108提供适当的系数，如图3到图6中所示。举例来说，查找表120可由其中产生模拟数据源的光学收发器或其中产生数字输入值的系统(例如ADC)的操作条件索引。举例来说，在一个实施例中，系数对随操作温度而变化。如图3中所示，索引参数P1可以是温度值，用于索引查找表20以提供选定组的斜率系数与偏移系数。通过使用一组依赖于温度的系数，数据处理装置100使得ADC系统能够对数值转换进行温度补偿。 
或者，如图4中所示，查找表120可由多个参数索引。参看图4，可使用多路复用器来选择若干参数中的一者以索引查找表。在从′786专利申请案复制的图4所示的实施例中，查找表由温度参数和接收功率参数(顶部三个位)索引。多路复用器74经耦合以基于选择信号而选择所述两个索引参数中的一者。因此，用于查找表120(图2)的索引参数P12可表示多个参数中的选定一者。通过并入多路复用器以在两个或两个以上索引参数之间进行选择，可选择性地操作本发明的数据处理装置100，以用于温度补偿或用于非线性转换或其它所需补偿。 
如′786专利申请案中所描述，查找表可经配置以实施近似表示非线性转换关系的分段线性转换。图5复制′786专利申请案的图4，且说明使用分段线性途径来实施数值转换的查找表40。参看图4，查找表40包含用于存储斜率系数与偏移系数对的条目。查找表40使用待转换为对基于存储器的系数对表的索引参数的数字输入值的顶部三个位(三个最高有效位)。使用数字输入值的顶部三个位作为索引参数有效地将数字输入值的范围分割成相等的区域，其中每一区域采用数字输入值到所需经转换的输出值的线性转换。查找表的每一条目因此包含与数字输入值的区域相关联的系数。以此方式，实施分段线性转换，以近似表示数字输入值与经转换的值之间的非线性关系。 
图6中展示图5的分段线性转换的效应。虚线曲线表示从ADC结果(经数字化的电压值)到以dB为单位的经转换的值的理想对数转换。实线曲线表示使用图5的查找表40的转换的分段线性近似表示。使用ADC结果的三个最高有效位将数字输入值的范围分割成八个相等的区域，每一区域被指配有其自己的斜率系数与偏移系数对。 
图5的分段线性途径使用ADC结果的3个最高有效位作为索引参数，使得输入值的范围被划分成8个相等的区域。虽然针对较大ADC结果值实现了对理想轮廓的良好近似表示，但与理想轮廓的显著偏离可能导致理想轮廓的斜率快速升高的区域，如在具有较小ADC结果值的区域中。本发明的数据处理装置100引入用于分段线性转换的可变范围系数方法，其改进了数字输入值与经转换的值之间的非线性关系的近似表示的准确性。 
根据本发明的一个实施例，数据处理装置100的可变范围系数方法应用于指示接收功率RXPWR参数的模拟输入电压VRX。如上文所述，接收功率RXPWR参数是在光纤末端的光电二极管所接收到的能量的量的测量。光电二极管的输出(测量为电压)与所需的输出结果(待以分贝表达的值)之间存在非线性关系。为了更准确地近似表示电压VRX与具有自然单位(分贝)的经转换的结果之间的非线性关系，本发明的数据处理装置采用可变范围系数。因此，根据本发明，查找表118存储用于接收功率RXPWR参数的可变范围系数。将参看图7和图8来描述可变范围系数和用于索引查找表118的方法。 
首先参看图8，在本实施例中，将接收功率ADC结果的范围分割成八个不相等的区域。当非线性关系具有较大斜率时，使用较小的区域，且当非线性关系具有较小斜率时，使用较宽的区域。所述区域中的每一者具备一组斜率系数与偏移系数，以在所述区域内实现线性转换。通过将较小的区域用于理想轮廓的陡峭倾斜部分且将较大的区域用于理想轮廓的较缓和倾斜部分，系数组(系数0到系数7)所实现的分段线性近似表示可较接近地遵循理想轮廓，如图8中所示。因此，与用于固定区域的系数相比，使用八组可 变范围系数来为ADC结果的所有值获得更准确的经转换的值。在本实施例中，查找表118存储八组系数作为系数组0到系数组7。 
现参看图7描述用于从查找表118选择一组系数的方法。在本发明的数据处理装置100中，通过Q个定界符值将ADC结果的范围分割或划分成Q+1个区域，其中所述区域中的至少两个区域具有不相等的大小。在7个定界符值(定界符0到定界符6)的情况下，产生ADC值的8个区域(区域0到区域7)。假定定界符0到定界符6具有单调增加的值。因此，Q+1个区域中的每一者由上定界符和下定界符限定，第一个和最后一个区域除外，第一个和最后一个区域分别仅由上定界符或下定界符限定。由定界符值界定的Q+1个区域中的每一者与一组系数相关联：系数组0到系数组7。为了从查找表118中选择一组系数，将数字输入值(其为N位ADC结果)与定界符值进行比较，以确定所述数字输入值位于哪一Q+1区域中。 
参看图7，所述N位接收功率ADC结果在本文中称为RXPWR值。在本实施例中，将RXPWR值与定界符值进行比较，其中区域内命中被定义为： 
下定界符＜RXPWR＜＝上定界符。 
举例来说，当RXPWR值小于或等于第二定界符值(定界符1)但大于第一定界符值(定界符0)时，RXPWR值落入第二区域(区域1)中，且选择第二系数组(系数组1)。相同的情况应用于多个系数组(系数组2到系数组6)。在边界处，当RXPWR值小于或等于第一定界符值(定界符0)时，RXPWR值落入第一区域(区域0)中，且选择第一系数组(系数组0)。当RXPWR值大于最后一个定界符值(定界符6)时，RXPWR值落入最后一个区域(区域7)中，且选择最后一个系数组(系数组7)。以此方式，使用接收功率ADC结果RXPWR来确定哪一系数组将用于数值转换。 
在本实施例中，分割ADC结果的范围的定界符值是用户可编程的，使得可界定每一区域的所需大小，以允许较近接地近似表示理想轮廓。可界定精细和粗糙区域，使得分段线性近似表示接近地遵循非线性关系。 
图2说明在控制器22的数据处理装置100中实施可变范围系数的一种方法。返回到图2，用于接收功率RXPWR参数的定界符值存储在存储器单元114(例如一组寄存器)中。存储器单元114可以是存储查找表118和查找表120的同一存储器的一部分，或存储器单元114可由单独的存储器单元形成。数据处理装置100包含比较器112，其接收来自ADC 106的N位ADC结果，且还接收来自存储器单元114的接收功率定界符值。当ADC结果是RXPWR参数时，比较器112又将N位ADC结果与RXPWR定界符值中的每一者进行比较。在本实施例中，从最小值到最大值依次向比较器112提供 RXPWR定界符值。每次向比较器112提供定界符值时，计数器116使其计数递增一次。 
在本实施例中，当RXPWR值小于或等于定界符值时，比较器112断言耦合到计数器116的比较器输出信号。当比较器输出信号被断言时，计数器116输出计数值作为索引参数P11以索引查找表118，以便检索选定系数组。 
举例来说，假定第一RXPWR值小于第一定界符DLM0。向比较器112提供第一RXPWR值，同时还向比较器112提供第一定界符DLM0，且计数器具有计数值1。比较器112断言其比较器输出信号，且计数器116输出计数值1，以索引查找表118。因此，检索第一组系数(系数组0)。 
现在，假定第二RXPWR值大于第四定界符DLM3但小于第五定界符DLM4。向比较器112提供第二RXPWR值，同时又还向比较器112提供第一到第五定界符DLM0到DLM4。到提供第五定界符DLM4时，计数器116具有计数值5。当确定第二RXPWR值小于或等于第五定界符DLM4时，比较器112断言其比较器输出信号。计数器116输出计数值5以索引查找表118。因此，检索第五组系数(系数组4)。 
向ALU 108提供检索到的系数组，以对RXPWR ADC结果执行数值转换。当ADC结果不是RXPWR参数，而是其它数据源的经数字化值时，数据处理装置100以如上文所述且参考′786专利申请案的方式从查找表120检索用于ALU 108的系数。由查找表118和查找表120提供的系数耦合到多路复用器107，其选择用于接收功率RXPWR的系数(查找表118)或用于其它数据源的系数(查找表120)。光学收发器控制器22中的控制电路103产生选择信号SEL2，以操作多路复用器107以选择适当的系数供ALU108用来对ADC结果执行数值转换。当正处理接收功率参数时，多路复用器107从查找表118选择系数。当正处理其它数据源时，多路复用器107从查找表120选择系数。 
在本说明中，来自ALU 108的具有自然单位的经转换的结果通常存储在存储器110(例如寄存器)中。主机处理器30可接着检索存储在存储器110中的数据，以获得关于光学收发器控制器22的状态和操作条件信息。 
根据本发明的数据处理装置使用可变范围系数进行数值转换提供了现有技术系统无法实现的许多优点。首先，通过将ADC结果的范围分割成不相等的区域，可大大改进数值转换的准确性。可优化每一分段线性分区的大小和分区的总数，以准确地近似表示数字输入值的整个范围。 
其次，通过使用不相等的分区以更好地近似表示非线性转换来实现快速且高效的数据处理装置。虽然有可能通过提供许多精细的相等大小的分区来实施分段线性转换，但此实施方案将产生较大的存储器要求和较重的计算负担。本发明的可变范围系数方法用 实施方案的速度和简单性来优化准确性。 
最后，通过将查找表用于系数存储，可用简单且最小的电路来执行复杂的数值转换。因此，为高效的数值转换实现了经优化的系数存储机制。 
提供上述详细描述内容是为了说明本发明的具体实施例，且不希望是具有限制性的。属于本发明范围内的大量修改和变化是可能的。举例来说，在图2中，光学收发器控制器22包含：查找表118，用于存储用于接收功率参数的系数；以及查找表120，用于存储用于其它数据源的系数，所述其它数据源例如是监视器电压VMPD、偏置电流VBIAS和温度。查找表120是可选的，且只是说明性的。在其它实施例中，光学收发器控制器可只对单个参数(例如接收功率参数)进行操作。在此情况下，不需要查找表120，且也不需要多路复用器107。查找表118的输出可直接作为输入数据值提供到ALU 108。 
本发明由所附权利要求书界定。 

Claims (19)

1.一种用于处理由模拟到数字转换器产生的N位数字输入值且产生数字输出值的装置，所述数字输入值具有为任意单位的第一单位，且所述数字输出值具有第二单位，所述第二单位是物理测量的自然单位且通过第一等式而与所述第一单位相关，所述数字输出值供主机处理器用来处理由所述模拟到数字转换器俘获的信息，所述装置包括：
存储器，其包括第一存储器部分和第二存储器部分；
所述第一存储器部分上存储有Q个定界符值，所述Q个定界符值将所述N位数字输入值的范围划分成Q+1个区域，所述Q+1个区域中的至少第一区域和第二区域具有不相等的大小；
所述第二存储器部分上存储有查找表，所述查找表存储Q+1组系数，用于执行具有所述第一单位的所述数字输入值到具有所述第二单位的所述数字输出值的数值转换，每一组系数包括斜率系数与偏移系数的系数对，且所述系数对与数字输入值的所述Q+1个区域中的相应一者相关联，所述查找表由第一索引参数索引，以提供斜率系数与偏移系数的选定系数对，所述第一索引参数经选择以操作所述装置使用分段线性方式进行数值转换；
算术逻辑单元，其接收具有所述第一单位的所述N位数字输入值以及来自所述第二存储器部分中的所述查找表的斜率系数与偏移系数的所述选定系数对，所述算术逻辑单元基于所述第一等式执行数值转换，且使用所述N位数字输入值和所述选定系数对来计算具有所述第二单位的所述数字输出值，
其中将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值进行比较，以确定所述Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域，且所述第一索引参数具有指示所述Q+1个区域中的所述相应一个区域的值，且所述值应用于所述查找表以提供所述选定系数对；
比较器，其接收所述N位数字输入值，且将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值中的至少一者进行比较，从最小定界符值到最大定界符值依次向所述比较器提供所述Q个定界符值，当所述N位数字输入值小于相应的定界符值时，所述比较器断言比较器输出信号；以及
计数器，其提供计数器输出值，所述计数器输出值在每次定界符值被提供给所述比较器时递增，直到所述比较器输出信号被断言为止，其中所述第一索引参数包括所述计数器输出值，其中所述计数器输出值对应于存储在所述查找表中的所述Q+1组系数。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述N位数字输入值包括光学收发器的接收功率值。
3.根据权利要求1所述的装置，其中当所述N位数字输入值小于或等于相应的定界符值时，所述比较器断言所述比较器输出信号。
4.根据权利要求1所述的装置，其中当所述N位数字输入值大于所述最大定界符值时，所述第一索引参数选择最后一组系数，所述最后一组系数用于对N位数字输入值的范围内的最大值执行数值转换。
5.一种用于处理由模拟到数字转换器产生的N位数字输入值且产生数字输出值的装置，所述数字输入值具有为任意单位的第一单位，且所述数字输出值具有第二单位，所述第二单位是物理测量的自然单位且通过第一等式而与所述第一单位相关，所述数字输出值供主机处理器用来处理由所述模拟到数字转换器俘获的信息，所述装置包括：
存储器，其包括第一存储器部分和第二存储器部分；
所述第一存储器部分上存储有Q个定界符值，所述Q个定界符值将所述N位数字输入值的范围划分成Q+1个区域，所述Q+1个区域中的至少第一区域和第二区域具有不相等的大小；
所述第二存储器部分上存储有查找表，所述查找表存储Q+1组系数，用于执行具有所述第一单位的所述数字输入值到具有所述第二单位的所述数字输出值的数值转换，每一组系数包括斜率系数与偏移系数的系数对，且所述系数对与数字输入值的所述Q+1个区域中的相应一者相关联，所述查找表由第一索引参数索引，以提供斜率系数与偏移系数的选定系数对，所述第一索引参数经选择以操作所述装置使用分段线性方式进行数值转换；
算术逻辑单元，其接收具有所述第一单位的所述N位数字输入值以及来自所述第二存储器部分中的所述查找表的斜率系数与偏移系数的所述选定系数对，所述算术逻辑单元基于所述第一等式执行数值转换，且使用所述N位数字输入值和所述选定系数对来计算具有所述第二单位的所述数字输出值，
其中将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值进行比较，以确定所述Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域，且所述第一索引参数具有指示所述Q+1个区域中的所述相应一个区域的值，且所述值应用于所述查找表以提供所述选定系数对；
比较器，其接收所述N位数字输入值，且将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值中的至少一者进行比较，从最大定界符值到最小定界符值依次向所述比较器提供所述Q个定界符值，当所述N位数字输入值大于相应的定界符值时，所述比较器断言比较器输出信号；以及
计数器，其提供计数器输出值，所述计数器输出值在每次定界符值被提供给所述比较器时递增，直到所述比较器输出信号被断言为止，其中所述第一索引参数包括所述计数器输出值，其中所述计数器输出值对应于存储在所述查找表中的所述Q+1组系数。
6.根据权利要求5所述的装置，其中当所述N位数字输入值大于或等于相应的定界符值时，所述比较器断言所述比较器输出信号。
7.根据权利要求5所述的装置，其中当所述N位数字输入值小于所述最小定界符值时，所述第一索引参数选择第一组系数，所述第一组系数用于对N位数字输入值的范围内的最小值执行数值转换。
8.根据权利要求1所述的装置，其中从所述任意单位到所述自然单位的所述数值转换具有非线性关系，且所述Q+1组系数以近似表示所述非线性关系的分段线性方式来实施所述数值转换。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述查找表存储用于多个线性片段的所述Q+1组系数，以执行所述分段线性数值转换，每一线性片段由等式DN＝m DA+c描述，其中DA是所述数字输入值，DN是所述数字输出值，m是用于相应线性片段的斜率系数且c是用于相应线性片段的偏移系数，且所述Q+1组系数包括Q+1组系数对，每一系数对包括用于相应线性片段的斜率系数和偏移系数。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述非线性关系包括对数关系。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一区域具有第一范围的N位数字输入值，且所述第二区域具有大于所述第一范围的第二范围的N位数字输入值，所述第二区域中的所述数字输入值大于所述第一区域中的所述数字输入值。
12.一种用于处理由模拟到数字转换器产生的N位数字输入值且产生数字输出值的方法，所述数字输入值具有为任意单位的第一单位，且所述数字输出值具有第二单位，所述第二单位是物理测量的自然单位且通过第一等式而与所述第一单位相关，所述数字输出值供主机处理器用来处理由所述模拟到数字转换器俘获的信息，所述方法包括：
将Q个定界符值存储在存储器的第一存储器部分中，所述Q个定界符值将所述N位数字输入值的范围划分成Q+1个区域，所述Q+1个区域中的至少第一区域和第二区域具有不相等的大小；
将Q+1组系数存储在所述存储器的第二存储器部分中的查找表中，用于执行具有所述第一单位的所述数字输入值到具有所述第二单位的数字输出值的数值转换，每一组系数包括斜率系数与偏移系数的系数对，且所述系数对与数字输入值的所述Q+1个区域中的相应一者相关联；
将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值进行比较，以确定所述Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域；
产生具有指示所述Q+1个区域中的所述相应一个区域的值的第一索引参数；
使用所述第一索引参数索引所述查找表，以提供斜率系数与偏移系数的选定系数对，所述第一索引参数经选择以使用分段线性方式进行数值转换；
向算术逻辑单元提供所述N位数字输入值和斜率系数与偏移系数的所述选定系数对；
基于所述第一等式在所述算术逻辑单元处执行数值转换，且使用所述N位数字输入值和斜率系数与偏移系数的所述选定系数对以从具有所述第一单位的所述数字输入值计算具有所述第二单位的数字输出值；
其中将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值进行比较以确定所述Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域包括：
从最小定界符值到最大定界符值依次提供所述Q个定界符值，以与所述N位数字输入值进行比较；
将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值中的至少一者进行比较；
当所述N位数字输入值小于相应的定界符值时，断言比较输出信号；
对已提供以与所述N位数字输入值进行比较的定界符值的数目进行计数，直到所述比较输出信号被断言为止，并且提供所述定界符值的数目作为计数器输出值；以及
提供所述计数器输出值作为所述第一索引参数，其中所述计数器输出值对应于存储在所述查找表中的所述Q+1组系数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述N位数字输入值包括光学收发器的接收功率值。
14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
当所述N位数字输入值大于所述最大定界符值时，提供所述第一索引参数以选择最后一组系数，所述最后一组系数用于对N位数字输入值的范围内的最大值执行数值转换。
15.一种用于处理由模拟到数字转换器产生的N位数字输入值且产生数字输出值的方法，所述数字输入值具有为任意单位的第一单位，且所述数字输出值具有第二单位，所述第二单位是物理测量的自然单位且通过第一等式而与所述第一单位相关，所述数字输出值供主机处理器用来处理由所述模拟到数字转换器俘获的信息，所述方法包括：
将Q个定界符值存储在存储器的第一存储器部分中，所述Q个定界符值将所述N位数字输入值的范围划分成Q+1个区域，所述Q+1个区域中的至少第一区域和第二区域具有不相等的大小；
将Q+1组系数存储在所述存储器的第二存储器部分中的查找表中，用于执行具有所述第一单位的所述数字输入值到具有所述第二单位的数字输出值的数值转换，每一组系数包括斜率系数与偏移系数的系数对，且所述系数对与数字输入值的所述Q+1个区域中的相应一者相关联；
将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值进行比较，以确定所述Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域；
产生具有指示所述Q+1个区域中的所述相应一个区域的值的第一索引参数；
使用所述第一索引参数索引所述查找表，以提供斜率系数与偏移系数的选定系数对，所述第一索引参数经选择以使用分段线性方式进行数值转换；
向算术逻辑单元提供所述N位数字输入值和斜率系数与偏移系数的所述选定系数对；
基于所述第一等式在所述算术逻辑单元处执行数值转换，且使用所述N位数字输入值和斜率系数与偏移系数的所述选定系数对以从具有所述第一单位的所述数字输入值计算具有所述第二单位的数字输出值；
其中将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值进行比较以确定所述Q+1个区域中所述N位数字输入值所位于的相应一个区域包括：
从最大定界符值到最小定界符值依次提供所述Q个定界符值，以与所述N位数字输入值进行比较；
将所述N位数字输入值与所述Q个定界符值中的至少一者进行比较；
当所述N位数字输入值大于相应的定界符值时，断言比较输出信号；
对已提供以与所述N位数字输入值进行比较的定界符值的数目进行计数，直到所述比较输出信号被断言为止，并且提供所述定界符值的数目作为计数器输出值；以及
提供所述计数器输出值作为所述第一索引参数，其中所述计数器输出值对应于存储在所述查找表中的所述Q+1组系数。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
当所述N位数字输入值小于所述最小定界符值时，提供所述第一索引参数以选择第一组系数，所述第一组系数用于对N位数字输入值的范围内的最小值执行数值转换。
17.根据权利要求12所述的方法，其中将Q+1组系数存储在所述存储器的第二存储器部分中的查找表中以用于执行具有所述第一单位的所述数字输入值到具有所述第二单位的数字输出值的所述数值转换包括：
将Q+1组系数存储在所述查找表中，其中从所述任意单位到所述自然单位的所述数值转换具有非线性关系，且所述Q+1组系数以近似表示所述非线性关系的分段线性方式来实施所述数值转换。
18.根据权利要求17所述的方法，其中将Q+1组系数存储在查找表中进一步包括：
存储用于多个线性片段的系数，以用于执行所述分段线性数值转换，每一线性片段由等式DN＝m DA+c描述，其中DA是所述数字输入值，DN是所述数字输出值，m是用于相应线性片段的斜率系数，且c是用于相应线性片段的偏移系数，
其中所述Q+1组系数包括多个系数对，每一系数对包括用于相应线性片段的斜率系数和偏移系数。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一区域具有第一范围的N位数字输入值，且所述第二区域具有大于所述第一范围的第二范围的N位数字输入值，所述第二区域中的所述数字输入值大于所述第一区域中的所述数字输入值。
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