ES2834301T3 - Método y aparato para conversión de tasa de muestreo de un flujo de muestras - Google Patents
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Abstract
Método de conversión de un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo, siendo la primera tasa de muestreo propensa a desviación con respecto a un valor nominal y estando la segunda tasa de muestreo dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo, estando el método caracterizado porque comprende, en combinación: medir (S9.1) la primera tasa de muestreo; determinar (S9.2) un primer factor de muestreo ascendente basándose en la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y un factor de error de resincronización, estando el primer factor de muestreo ascendente limitado a ser una primera potencia entera de un valor de número entero predeterminado; derivar (S9.3), a partir de un conjunto de referencia de coeficientes de filtro y a partir de una razón del primer factor de muestreo ascendente con respecto a un factor de muestreo ascendente de referencia, un primer conjunto de coeficientes de filtro para su uso en un primer filtro de interpolación, siendo el conjunto de referencia de coeficientes de filtro para un factor de muestreo ascendente de referencia que es una segunda potencia entera del valor de número entero predeterminado, determinar (S10.2) un primer factor de muestreo descendente basándose en la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y el factor de error de resincronización predeterminado, siendo el primer factor de muestreo descendente un número entero; y convertir (S10.4) el flujo de muestras a la primera tasa de muestreo en el flujo de muestras a la segunda tasa de muestreo mediante un procedimiento que comprende muestrear de manera ascendente mediante el primer factor de muestreo ascendente, filtrar usando el primer conjunto de coeficientes de filtro para el primer filtro de interpolación y muestrear de manera descendente mediante el primer factor de muestreo descendente, en el que el valor de número entero predeterminado es 2.
Description
DESCRIPCIÓN
Método y aparato para conversión de tasa de muestreo de un flujo de muestras
Campo técnico
La presente invención se refiere de manera general a métodos y a aparatos para la conversión de un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo y, más específicamente, pero no exclusivamente, a la conversión adaptativa desde una primera tasa de muestreo que es propensa a desviación con respecto a un valor nominal hasta una segunda tasa de muestreo que está dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo.
Antecedentes
En sistemas digitales que implican el procesamiento de datos muestreados, puede ser necesario convertir los datos muestreados desde una tasa de muestreo hasta otra. Por ejemplo, un sistema de sensor, tal como un acelerómetro en un vehículo, puede muestrear datos a una primera tasa, y puede estar conectado a un sistema de procesamiento digital que procesa muestras de datos a una tasa diferente. Las señales de reloj para el sensor y el procesador digital pueden generarse mediante osciladores diferentes que funcionan independientemente uno de otro, de modo que no se conoce la relación precisa entre las tasas primera y segunda, y puede ser propensa a variabilidad, por ejemplo, con la temperatura y variabilidad entre unidades. En particular, un sensor puede tener un oscilador interno que tiene una baja precisión, que puede ser propenso a desviación con respecto a un valor nominal en /-10% o más, por ejemplo, debido al uso de osciladores RC o LC, y un sistema de procesamiento digital puede tener un reloj muy preciso derivado a partir de un oscilador de cristal. Con el fin de procesar los datos muestreados de manera eficaz, puede desearse producir datos muestreados resincronizados hasta dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo.
Se conoce convertir datos muestreados desde una primera tasa de muestreo hasta una segunda tasa de muestreo muestreando de manera ascendente hasta una tasa de muestreo superior que es un múltiplo de las tasas de muestreo tanto primera como segunda, filtrando los datos muestreados de manera ascendente usando un filtro de interpolación y después muestreando de manera descendente hasta la segunda tasa de muestreo. Sin embargo, con el fin de implementar un sistema de este tipo cuando la razón entre las tasas de muestreo es propensa a variabilidad a lo largo de un intervalo amplio, puede necesitarse admitir un amplio intervalo de factores de muestreo ascendente y de muestreo descendente, y esto puede conducir a una alta complejidad de sistema. En particular, cada combinación de factores de muestreo ascendente y de muestreo descendente puede requerir coeficientes de filtro diferentes para el filtro de interpolación, y esto puede ser exigente en cuanto a recursos de memoria además de aumentar la complejidad del sistema.
El documento US 2007/192390 se refiere a un convertidor de tasa de muestreo en el dominio digital y da a conocer técnicas para la conversión de tasa de muestreo muestreando de manera ascendente y muestreando de manera descendente una señal digital según una frecuencia de muestreo intermedia seleccionada, que es un número entero múltiplo de una frecuencia de muestreo deseada, en el que la señal digital a la frecuencia de muestreo intermedia se filtra mediante un filtro anti-solapamiento.
Sumario
Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método de conversión de un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo, siendo la primera tasa de muestreo propensa a desviación con respecto a un valor nominal y estando la segunda tasa de muestreo dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo, comprendiendo el método:
medir la primera tasa de muestreo;
determinar un primer factor de muestreo ascendente a partir de una base que comprende: la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y un factor de error de resincronización, estando el primer factor de muestreo ascendente limitado a ser una potencia entera de un valor de número entero predeterminado; y
derivar, a partir de un conjunto de referencia de coeficientes de filtro y a partir de una razón del primer factor de muestreo ascendente con respecto a un factor de muestreo ascendente de referencia, un primer conjunto de coeficientes de filtro para su uso en un primer filtro de interpolación, siendo el conjunto de referencia de coeficientes de filtro para un factor de muestreo ascendente de referencia que es una potencia entera del valor de número entero predeterminado.
Esto permite una implementación que tiene una complejidad reducida y que tiene un requisito reducido de recursos
de memoria para el almacenamiento de coeficientes de filtro. En particular, limitar el primer factor de muestreo ascendente a ser una potencia entera de un valor de número entero predeterminado, normalmente una potencia de 2, limita el intervalo de factores de muestreo ascendente posibles y, por consiguiente, puede reducir la complejidad de sistema, y derivar los coeficientes de filtro para su uso en el primer filtro de interpolación a partir de un conjunto de referencia de coeficientes de filtro que son para un factor de muestreo ascendente de referencia que también es una potencia entera del valor de número entero predeterminado, puede reducir el requisito de recursos de memoria para el almacenamiento de coeficientes de filtro.
En una realización de la invención, derivar el primer conjunto de coeficientes de filtro a partir del conjunto de referencia de coeficientes de filtro comprende:
dependiendo de que el primer factor de muestreo ascendente sea mayor que el factor de muestreo ascendente de referencia, realizar la interpolación lineal entre el conjunto de referencia de coeficientes de filtro; dependiendo de que el primer factor de muestreo ascendente sea igual al factor de muestreo ascendente de referencia, establecerlos para que sean los mismos que el conjunto de referencia de coeficientes de filtro; y dependiendo de que el primer factor de muestreo ascendente sea menor que el factor de muestreo ascendente de referencia, realizar la decimación uniforme a partir del conjunto de referencia de coeficientes de filtro, siendo un factor de decimación de la decimación uniforme igual a la razón de número entero del factor de muestreo ascendente de referencia con respecto al primer factor de muestreo ascendente.
Esto proporciona un método computacionalmente eficiente de derivación de un conjunto de coeficientes de filtro para un filtro de interpolación, debido a la simplicidad de la interpolación lineal y el muestreo descendente uniforme, al tiempo que se reducen los requisitos de recursos de memoria, debido al hecho de que solo se almacena en memoria un único conjunto de coeficientes, el conjunto de coeficientes de filtro de referencia.
En una realización de la invención, el valor de número entero predefinido es 2.
Esto proporciona una implementación muy eficiente.
En una realización de la invención, el primer filtro de interpolación y el filtro de interpolación de referencia son filtros polifásicos. El primer filtro de interpolación tiene un número de fases igual al primer factor de muestreo ascendente y la interpolación de referencia tiene un número de fases igual al factor de muestreo ascendente de referencia. Esto proporciona una implementación eficiente.
En una realización de la invención, el método comprende:
determinar un primer factor de muestreo descendente a partir de una base que comprende: la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y el factor de error de resincronización predeterminado, siendo el primer factor de muestreo descendente un número entero; y
convertir el flujo de muestras a la primera tasa de muestreo en el flujo de muestras a la segunda tasa de muestreo mediante un procedimiento que comprende muestrear de manera ascendente mediante el primer factor de muestreo ascendente, filtrar usando el primer conjunto de coeficientes de filtro para el primer filtro de interpolación y muestrear de manera descendente mediante el primer factor de muestreo descendente.
Determinar la primera tasa de muestreo descendente en una base que incluye la tasa de muestreo ascendente permite seleccionar tasas de muestreo ascendente y de muestreo descendente que proporcionan una conversión de tasa de muestreo hasta dentro del factor de error de resincronización predeterminado del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo.
En una realización de la invención, determinar el primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente comprende:
determinar una razón del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo medida; y
seleccionar el valor del primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente de tal manera que el factor de error entre la razón del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo y la razón del primer factor de muestreo ascendente con respecto al primer factor de muestreo descendente es menor que el factor de error de resincronización predeterminado.
En una realización de la invención el método comprende:
seleccionar un valor de ensayo del primer factor de muestreo ascendente;
determinar un valor de ensayo del primer factor de muestreo descendente basándose en la razón determinada del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo medida y en el valor de ensayo seleccionado del primer factor de muestreo ascendente;
calcular un factor de error de resincronización basándose en los valores de ensayo del primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente;
dependiendo de que el factor de error de resincronización sea mayor que un valor umbral, aumentar de manera iterativa el valor de ensayo del primer factor de muestreo ascendente y el valor de ensayo del primer factor de muestreo descendente y calcular un factor de error de resincronización; y
seleccionar un valor respectivo del primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente aumentados que da un factor de error de resincronización menor que o igual al valor umbral.
Esto proporciona un método eficiente de determinar de manera iterativa los factores de muestreo ascendente y de muestreo descendente.
En una realización de la invención la desviación con respecto al valor nominal de la primera tasa de muestreo puede ser mayor que /- 1 % y puede ser mayor que /- 10%.
Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona aparato para convertir un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo, siendo la primera tasa de muestreo propensa a desviación con respecto a un valor nominal y estando la segunda tasa de muestreo dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo, estando el aparato configurado para realizar el método reivindicado.
Según un tercer aspecto de la invención, se proporciona un sistema de detección para un vehículo, que comprende: un sensor de MEMS configurado para generar un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo;
un sistema de procesamiento de datos configurado para aceptar un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo; y
el aparato reivindicado para convertir un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo.
La invención se define por las reivindicaciones adjuntas. Características y ventajas adicionales de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones a modo de ejemplo de la invención, que se facilitan únicamente a modo de ejemplo.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de conversión de tasa de muestreo en una realización de la invención;
la figura 2 es un diagrama esquemático funcional que ilustra un convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo en una realización de la invención;
la figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra la derivación de coeficientes de filtro polifásicos mediante decimación para el caso en el que el factor de muestreo ascendente es menor que el factor de muestreo ascendente de referencia en una realización de la invención;
la figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra la derivación de coeficientes de filtro polifásicos para el caso en el que el factor de muestreo ascendente es el mismo que el factor de muestreo ascendente de referencia en una realización de la invención (en este ejemplo: Mref/M=2);
la figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra la derivación de coeficientes de filtro polifásicos mediante interpolación para el caso en el que el factor de muestreo ascendente es mayor que el factor de muestreo ascendente de referencia en una realización de la invención (en este ejemplo: M/Mref=2);
la figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra la interpolación en una realización de la invención;
la figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra el funcionamiento de filtro polifásico en una realización de la invención;
la figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de conversión de tasa de muestreo en una realización alternativa de la invención, que puede proporcionar una tasa de muestreo de salida flexible que puede ajustarse a escala mediante un factor configurable P;
la figura 9 es un diagrama de flujo de un método según una realización de la invención que comprende determinar un factor de muestreo ascendente y seleccionar un conjunto de coeficientes de filtro; y
la figura 10 es un diagrama de flujo de un método de conversión de tasa de muestreo en una realización de la invención; y
la figura 11 es un diagrama de flujo adicional de un método de conversión de tasa de muestreo en una realización de la invención.
Descripción detallada
A modo de ejemplo, ahora se describirán realizaciones de la invención en el contexto de un sistema de detección de aceleración para un vehículo, que comprende un MEMS (sistema microelectromecánico) configurado para generar un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo y un sistema de procesamiento de datos configurado para aceptar un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo. Se entenderá que realizaciones de la invención pueden referirse a otras aplicaciones y que realizaciones de la invención no están limitadas a su uso en vehículos o sistemas de detección MEMS. Realizaciones pueden referirse a otros sistemas de procesamiento de datos que implican conversión de tasa de muestreo.
La figura 1 muestra un sistema de conversión de tasa de muestreo en una realización de la invención. Un sensor de aceleración MEMS 2 está conectado a través de una función de convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo 1 a una función de procesamiento de datos de sistema 3. La función de convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo 1 se muestra en más detalle en la figura 2. Un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo se muestrea de manera ascendente 7 mediante un factor de muestreo ascendente M, el flujo de muestras muestreado de manera ascendente se pasa a través de un filtro de interpolación 8, que puede ser un filtro polifásico, y se muestrea de manera descendente 9 mediante un factor de muestreo descendente N hasta una segunda tasa de muestreo. De esta manera, un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo se convierte en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo.
La primera tasa de muestreo es propensa a desviación con respecto a un valor nominal, que puede ser mayor que /- 1%, y puede ser mayor que /- 10% del valor nominal. La segunda tasa de muestreo está dispuesta para estar dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo.
Como ejemplo, la primera tasa de muestreo puede ser de 1344 Hz /- 10%, y el valor objetivo nominal de la segunda tasa de muestreo puede ser de 200 Hz. El factor de error de resincronización predeterminado con respecto al valor nominal puede ser, por ejemplo, un factor de entre 10 y 100 partes por millón (PPM), es decir, de 10-5 a 10-4. El factor de error no está limitado a estos valores, pero normalmente se especifica que es inferior a la desviación de frecuencia con respecto a la primera tasa de muestreo.
Tal como se muestra en la figura 1, el convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo 1 y el procesamiento de datos de sistema 3 pueden funcionar con procesamiento en tiempo real, es decir, que el procesamiento se realiza en un flujo de datos recibido a partir del MEMS a una tasa suficiente como para que pueda procesarse un flujo continuo a la primera tasa de datos.
Tal como también se muestra en la figura 1, pueden calcularse parámetros para el control del convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo 1 en procesamiento fuera de línea, es decir, no en tiempo real, implicando posiblemente procesamiento a una tasa más lenta que el procesamiento en tiempo real. Por ejemplo, el procesamiento en tiempo real puede implementarse en firmware, tal como por ejemplo una matriz de compuertas programables, y el procesamiento fuera de línea puede implementarse en software, por ejemplo, software ejecutado por un procesador de control, tal como un microcontrolador. Un dispositivo de procesamiento de señales digitales puede programarse para realizar las funciones en tiempo real. El procesador de control y la lógica y/o procesadores de señales digitales pueden integrarse en un circuito integrado de aplicación específica (ASIC). Alternativamente, realizaciones de la invención pueden implementarse mediante una variedad de otras técnicas, incluyendo software en forma de código ejecutable almacenado en memoria configurada para hacer que uno o más procesadores realicen los métodos de realizaciones de la invención.
Tal como se muestra en la figura 1, los parámetros para el control del convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo incluyen el factor de muestreo ascendente M, el factor de muestreo descendente N y coeficientes de filtro para el filtro de interpolación h1 - hn. Tal como se muestra en la figura 1, se mide 4 la primera tasa de muestreo. Esto puede realizarse, por ejemplo, contando muestras recibidas a partir del sensor de MEMS dentro de un intervalo de tiempo conocido. El intervalo de tiempo conocido puede calcularse basándose en el reloj del sistema
de procesamiento de datos, por ejemplo, que puede tener un oscilador controlado de cristal preciso. Se determina 5 un factor de muestreo ascendente, M, a partir de una base que comprende la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y un factor de error de resincronización.
En una realización de la invención, el factor de muestreo ascendente está limitado a ser una potencia entera de un valor de número entero predeterminado. En el ejemplo mostrado en la figura 1, el valor de número entero predeterminado es 2, de modo que el factor de muestreo ascendente está limitado a ser una potencia de 2. Tal como se explicará, esto reduce en gran medida la complejidad de la implementación, reduciendo el intervalo de posibles factores de muestreo ascendente, y reduciendo por tanto el intervalo de variaciones de filtro de interpolación que se requerirán. Por consiguiente, se reduce el intervalo de variaciones de coeficientes de filtro que se necesita mantener en memoria, lo cual reduce la demanda sobre recursos de memoria de sistema.
Tal como también se muestra en la figura 1, se deriva un primer conjunto de coeficientes de filtro h1 - hn para su uso en el filtro de interpolación a partir de un conjunto de referencia de coeficientes de filtro. El conjunto de referencia de coeficientes de filtro es para un factor de muestreo ascendente de referencia que también es una potencia entera del valor de número entero predeterminado, en este ejemplo una potencia de 2. El método usado para la derivación del primer conjunto de coeficientes de filtro a partir del conjunto de referencia de coeficientes de filtro depende de la razón del factor de muestreo ascendente con respecto al factor de muestreo ascendente de referencia.
Las figuras 3, 4 y 5 ilustran la derivación del primer conjunto de coeficientes de filtro a partir del conjunto de referencia de coeficientes de filtro para diversos casos de la razón del factor de muestreo ascendente con respecto al factor de muestreo ascendente de referencia, para el ejemplo del caso en el que el factor de número entero predeterminado es 2. La figura 3 ilustra que, si el factor de muestreo ascendente es mayor que el factor de muestreo ascendente de referencia, el primer conjunto de coeficientes de filtro se determina mediante interpolación lineal entre los coeficientes de filtro de referencia, es decir, el conjunto de referencia de coeficientes de filtro. La figura 4 ilustra que si el factor de muestreo ascendente es igual al factor de muestreo ascendente de referencia, se determina que el primer conjunto de coeficientes de filtro es el mismo que los coeficientes de filtro de referencia. La figura 6 ilustra que si el factor de muestreo ascendente es menor que el factor de muestreo ascendente de referencia, el primer conjunto de coeficientes de filtro se determina mediante decimación uniforme a partir de los coeficientes de filtro de referencia, siendo el factor de decimación igual a la razón de número entero del factor de muestreo ascendente de referencia con respecto al factor de muestreo ascendente. Esto proporciona un método computacionalmente eficiente de derivación de un conjunto de coeficientes de filtro para un filtro de interpolación al tiempo que se reducen los requisitos de recursos de memoria para almacenar los coeficientes de filtro.
La figura 6 ilustra el funcionamiento del filtro de interpolación. Puede observarse que, en este ejemplo, las muestras de entrada 10a a 10h son una primera tasa de muestreo que es más lenta que la tasa de muestreo de las muestras de salida 11a a 11f. Puede observarse que la tasa de muestreo de entrada se muestrea de manera ascendente hasta una tasa intermedia superior mediante la adición de muestras de valor cero entre las muestras de entrada. El efecto del filtro de interpolación es rellenar valores que varían suavemente entre las muestras de entrada tal como se muestra. Entonces pueden seleccionarse las muestras de salida 11a a 11f, para incluir valores interpolados según sea apropiado, a la segunda tasa de muestreo. El filtro de interpolación es normalmente un filtro de respuesta finita al impulso (FIR) y puede ser un filtro polifásico.
La figura 7 ilustra el funcionamiento de un filtro polifásico. Se muestra un flujo de datos no muestreado 12 que comprende las muestras de entrada S1 - S4 , entre las cuales se han añadido muestras de valor cero. Cada muestra a partir del flujo de datos no muestreado se multiplica 13 por un coeficiente de filtro respectivo 14 h1 - hm. Los resultados de cada multiplicación se acumulan 15 y forman el flujo de muestras de salida. Después puede muestrearse de manera descendente el flujo de muestras de salida para formar un flujo a la segunda tasa de muestreo. La figura 7 muestra una captura en el tiempo. En el siguiente ciclo de reloj a la tasa de muestreo muestreada de manera ascendente, el flujo de muestras de entrada se moverá un lugar a la derecha. En cualquier momento, no todos los multiplicadores están activos, dado que muchos de los multiplicadores tienen una entrada de cero. Esto es equivalente a mantener solo las muestras distintas de cero, es decir: reducir el registro de muestras requerido en un factor M, y cambiar los coeficientes h en consecuencia a la muestra que va a emitirse. Además, solo se necesita realizar el cálculo de muestras de salida para el subconjunto de muestras que se seleccionarán cuando se muestreen de manera descendente. Por tanto, el filtro polifásico proporciona una implementación eficiente en cuanto al uso de recursos de procesamiento de señales.
En una realización de la invención, el primer filtro de interpolación y el filtro de interpolación de referencia son filtros polifásicos. El primer filtro de interpolación tiene normalmente un número de fases igual al factor de muestreo ascendente y la interpolación de referencia tiene normalmente un número de fases igual al factor de muestreo ascendente de referencia. El número de fases es uno mayor que el número de ceros añadidos para cada muestra de entrada. En el ejemplo de la figura 7, el filtro polifásico tiene 4 fases.
En una realización de la invención, el factor de muestreo descendente puede determinarse a partir de la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y el factor de error de resincronización
predeterminado. El factor de muestreo descendente tiene un valor de número entero. El flujo de muestras a la primera tasa de muestreo puede convertirse en el flujo de muestras a la segunda tasa de muestreo mediante un procedimiento que comprende muestrear de manera ascendente mediante el factor de muestreo ascendente, filtrar usando el primer conjunto de coeficientes de filtro para el primer filtro de interpolación y muestrear de manera descendente mediante el factor de muestreo descendente.
El factor de muestreo ascendente y el factor de muestreo descendente pueden determinarse determinando la razón del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo medida, y seleccionando el valor del factor de muestreo ascendente y el factor de muestreo descendente de tal manera que el factor de error entre la razón del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo y la razón del factor de muestreo ascendente con respecto al factor de muestreo descendente es menor que el factor de error de resincronización predeterminado. Esto puede implementarse, por ejemplo, mediante un procedimiento iterativo de la siguiente manera. Puede seleccionarse un valor de ensayo del factor de muestreo ascendente y puede determinarse un valor de ensayo correspondiente del factor de muestreo descendente a partir de la razón del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo medida y el valor de ensayo seleccionado del factor de muestreo ascendente. Puede calcularse un factor de error de resincronización basándose en los valores de ensayo del factor de muestreo ascendente y el factor de muestreo descendente, y si el factor de error de resincronización es mayor que un valor umbral, puede aumentarse el valor de ensayo del factor de muestreo ascendente, y volver a calcularse en consecuencia el valor de ensayo del factor de muestreo descendente y entonces puede volver a calcularse el factor de error de resincronización. Este aumento del factor de muestreo ascendente puede repetirse de manera iterativa hasta que se seleccionan valores del factor de muestreo ascendente y el factor de muestreo descendente aumentados que dan un factor de error de resincronización menor que o igual al valor umbral. Dado que los factores de muestreo ascendente se expresan normalmente en forma 2Q, el aumento se realiza normalmente aumentando únicamente Q, porque calcular 2Q es una operación de hardware o software muy sencilla. Esto proporciona un método eficiente de determinar de manera iterativa los factores de muestreo ascendente y de muestreo descendente.
El factor de muestreo ascendente de referencia puede determinarse, normalmente en la fase de diseño, teniendo en cuenta el intervalo esperado de valores de la primera tasa de muestreo y el factor de error de resincronización deseado con respecto a la segunda tasa de muestreo, dado que el factor de muestreo ascendente de referencia está limitado a ser una potencia entera del número entero predefinido, que es normalmente 2. Entonces puede diseñarse un conjunto de coeficientes de filtro de referencia específico para el funcionamiento para el factor de muestreo ascendente de referencia e importarse al sistema de convertidor de tasa de muestreo para su almacenamiento en memoria.
La figura 8 muestra una implementación alternativa, en la que el convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo va precedido por un filtro de FIR y decimación, en este caso decimación mediante un factor configurable P, que puede ser, por ejemplo, decimación de 4:1, y seguido por un filtro de FIR adicional y decimación, en este caso decimación que puede ser mediante un factor configurable adicional, en este ejemplo decimación de 2:1. Esto puede reducir el requisito de recursos de procesamiento en el convertidor de tasa de muestreo fraccional adaptativo.
La figura 9 es un diagrama de flujo que muestra un método según una realización de la invención que comprende determinar un factor de muestreo ascendente y seleccionar un conjunto de coeficientes de filtro mediante las etapas S9.1 a S9.3.
La figura 10 es un diagrama de flujo que muestra un método de conversión de tasa de muestreo en una realización de la invención mediante las etapas S10.1 a S10.4.
La figura 11 es un diagrama de flujo adicional de un método de conversión de tasa de muestreo en una realización de la invención mediante las etapas S11.1 a S11.5.
Realizaciones de la invención pueden proporcionar rendimiento de sincronización que coincide con una precisión objetivo definida, aunque las señales de entrada se caractericen por una alta dispersión de la frecuencia de tasa de muestreo, del orden de ±10% o más.
Realizaciones de la invención pueden ser beneficiosas en los sistemas de adquisición caracterizados por una alta dispersión de las frecuencias de muestreo nominales de las fuentes, en particular sensores de MEMS, que normalmente se ven afectados por una alta variabilidad de tasa de muestreo, del orden de ±10%. Tal alta variabilidad se refiere al tipo de osciladores usados por sensores de MEMS integrados en silicio, normalmente un tipo de LC o RC. Estos tipos de oscilador están normalmente caracterizados por una baja precisión en comparación con la precisión de una precisión de oscilador de cuarzo y por una dispersión de la frecuencia generada que normalmente depende de la dispersión del procedimiento de silicio. Además, la variación de frecuencia de muestreo puede verse influida por las condiciones de funcionamiento tales como temperatura y también mediante envejecimiento y otros factores. Tales factores pueden no ser fácilmente predecibles.
En una realización de la invención, puede proporcionarse una señal de salida resincronizada a una determinada frecuencia fo, que coincide con una precisión de resincronización deseada, y empezando a partir de una señal de entrada muestreada a una tasa de muestreo fi que puede verse afectada por una alta desviación con respecto al valor nominal. Esto puede implementarse mediante un algoritmo de baja complejidad, usando recursos de hardware y/o software limitados. El algoritmo puede ser ajustable a escala a la arquitectura disponible y a los posibles recursos de hardware y/o software de una arquitectura objetivo, tal como recursos de cálculo y memoria disponibles. La técnica también puede implementarse fácilmente mediante firmware y/o software para el procesamiento en tiempo real o puede ejecutarse en procesamiento posterior.
En realizaciones de la invención, se usa un filtro polifásico para implementar un filtro de FIR para interpolación. La técnica de filtrado polifásico puede funcionar de la siguiente manera. A partir de una frecuencia de entrada fi y una frecuencia de salida fo, se identifican dos números enteros coprimos [M, N] de tal manera que fi/fo=N/M, el filtro polifásico comprende un banco de M fases de filtro. Cada banco se aplica en un instante de tiempo m, a través de un algoritmo cíclico, de modo que el banco aplicable en el instante de tiempo de salida m-ésimo es una función de m, N y M. El ancho de banda del filtro es 1/max(M,N) (a la tasa sobremuestreada M veces).
En un caso general, si fi se ve afectada por una alta variabilidad, siendo fo fija, y representando la frecuencia de salida deseada, la razón fi/fo puede no ser un único valor sino un conjunto de valores que pertenecen a un determinado intervalo. Como consecuencia, puede suceder que el par [M,N] no esté definido de manera única, de modo que puede no haber un único filtro y una única lógica de selección de bancos definida. Puede necesitarse un conjunto de filtros, uno para cada par [M,N], teniendo cada uno su propio ancho de banda y gestionado cada uno por una lógica dedicada. Por consiguiente, posiblemente la complejidad de un filtro polifásico adaptativo puede crecer para una alta variabilidad de fi. A medida que aumenta el intervalo de valores de fi y aumenta el intervalo del conjunto de valores de [M,N] necesario y también puede aumentar la memoria requerida debido a la necesidad de almacenar muchos filtros polifásicos, uno para cada par [M,N].
En realizaciones de la invención, aunque fi/fo sea altamente variable, puede almacenarse un único filtro polifásico de referencia, correspondiente a Mref, y puede considerarse solo un conjunto reducido de [M,N], relacionado con la variación de fi en el intervalo de entrada, de tal manera que es posible mantener la complejidad de algoritmo bajo control y dentro de condiciones de límite y todavía cumpliendo con la precisión de resincronización requerida.
Realizaciones de la invención pueden usar un conjunto reducido de valor M, en el que M=2n, y n = [1,2,...nmax], donde 2nmmax cumple con la mejor precisión de resincronización deseada.
Realizaciones de la invención pueden configurar el filtro polifásico correspondiente a un determinado par [M,N] comenzando a partir del filtro polifásico de referencia, y reconstruir muestras con procesamiento de datos en tiempo real obtenido mediante interpolación lineal o mediante decimación de número entero de los coeficientes de filtro de referencia, lo cual puede implicar normalmente un procesamiento muy sencillo.
El procedimiento de conversión de tasa puede requerir el cálculo de los parámetros [M, N], los factores de muestreo ascendente y de muestreo descendente. M y N son números coprimos enteros de tal manera que, de manera ideal, N/M = f f En un sistema real es poco probable que esas dos frecuencias estén en una razón racional, de modo que M y N pueden definirse de la siguiente manera. M y N son dos números coprimos enteros, tales que la razón N/M expresa la razón de frecuencias fi y frecuencias fo con la aproximación deseada.
De esta manera, el error de resincronización relacionado con una elección definida de M y N pasa a ser un parámetro de rendimiento importante a considerar durante la fase de diseño de dispositivo. El error de resincronización es puede facilitarse de la siguiente manera.
En el caso de sensores de MEMS caracterizados por una alta variabilidad de tasa de frecuencia de muestreo (por ejemplo: ±10%), [M,N] será variable, dependiendo del tipo de recurso usado y condición del entorno tal como temperatura de trabajo y envejecimiento.
Realizaciones de la invención pueden comprender un módulo de estimación de frecuencia fuente y un módulo de cálculo de [M, N] relacionado, un módulo de cálculo de coeficiente de convertidor de tasa de muestreo, y un módulo principal de convertidor de tasa de muestreo. El módulo de estimación de frecuencia fuente y el módulo de cálculo de [M, N] relacionado pueden calcular M en forma M=2n, siendo M<Mmax, donde Mmax se elige de tal manera que, haciendo variar [M,N], se logra la resincronización con un error es inferior a un límite fijado. El módulo de cálculo de coeficiente de convertidor de tasa de muestreo puede calcular coeficientes una vez que se han calculado [M, N]. Este cálculo puede basarse en el filtro prototipo, es decir el filtro de referencia, almacenado en memoria. Puede proporcionar coeficientes actuales simplemente mediante interpolación lineal o decimación de número entero de los coeficientes de filtro polifásicos. El módulo principal de convertidor de tasa de muestreo puede programarse usando los coeficientes y parámetros calculados de una manera adaptativa, para ejecutar el filtrado.
Las realizaciones anteriores deben entenderse como ejemplos ilustrativos de la invención. Debe entenderse que cualquier característica descrita con respecto a cualquier realización puede usarse sola o en combinación con otras características descritas, y también puede usarse en combinación con una o más características de cualquier otra de las realizaciones o cualquier combinación de cualquier otra de las realizaciones. Además, también pueden emplearse equivalentes y modificaciones no descritos anteriormente sin alejarse del alcance de la invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (5)
1. Método de conversión de un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo, siendo la primera tasa de muestreo propensa a desviación con respecto a un valor nominal y estando la segunda tasa de muestreo dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo, estando el método caracterizado porque comprende, en combinación:
medir (S9.1) la primera tasa de muestreo;
determinar (S9.2) un primer factor de muestreo ascendente basándose en la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y un factor de error de resincronización, estando el primer factor de muestreo ascendente limitado a ser una primera potencia entera de un valor de número entero predeterminado;
derivar (S9.3), a partir de un conjunto de referencia de coeficientes de filtro y a partir de una razón del primer factor de muestreo ascendente con respecto a un factor de muestreo ascendente de referencia, un primer conjunto de coeficientes de filtro para su uso en un primer filtro de interpolación, siendo el conjunto de referencia de coeficientes de filtro para un factor de muestreo ascendente de referencia que es una segunda potencia entera del valor de número entero predeterminado,
determinar (S10.2) un primer factor de muestreo descendente basándose en la primera tasa de muestreo medida, el valor objetivo de la segunda tasa de muestreo y el factor de error de resincronización predeterminado, siendo el primer factor de muestreo descendente un número entero; y
convertir (S10.4) el flujo de muestras a la primera tasa de muestreo en el flujo de muestras a la segunda tasa de muestreo mediante un procedimiento que comprende muestrear de manera ascendente mediante el primer factor de muestreo ascendente, filtrar usando el primer conjunto de coeficientes de filtro para el primer filtro de interpolación y muestrear de manera descendente mediante el primer factor de muestreo descendente,
en el que el valor de número entero predeterminado es 2.
2. Método según la reivindicación 1, en el que derivar (S9.3) el primer conjunto de coeficientes de filtro a partir del conjunto de referencia de coeficientes de filtro comprende:
dependiendo de que el primer factor de muestreo ascendente sea mayor que el factor de muestreo ascendente de referencia, realizar la interpolación lineal entre el conjunto de referencia de coeficientes de filtro;
dependiendo de que el primer factor de muestreo ascendente sea igual al factor de muestreo ascendente de referencia, establecerlos para que sean los mismos que el conjunto de referencia de coeficientes de filtro; y
dependiendo de que el primer factor de muestreo ascendente sea menor que el factor de muestreo ascendente de referencia, realizar la decimación uniforme a partir del conjunto de referencia de coeficientes de filtro, siendo un factor de decimación de la decimación uniforme igual a la razón de número entero del factor de muestreo ascendente de referencia con respecto al primer factor de muestreo ascendente.
3. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que el primer filtro de interpolación y el filtro de interpolación de referencia son filtros polifásicos.
4. Método según la reivindicación 1, en el que determinar (S9.2, S10.2) el primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente comprende:
determinar una razón del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo medida; y
seleccionar el valor del primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente de tal manera que el factor de error entre la razón del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo y la razón del primer factor de muestreo ascendente con respecto al primer factor de muestreo descendente es menor que el factor de error de resincronización predeterminado.
5. Método según la reivindicación 4, que comprende:
seleccionar un valor de ensayo del primer factor de muestreo ascendente;
determinar un valor de ensayo del primer factor de muestreo descendente basándose en la razón determinada del valor objetivo de la segunda tasa de muestreo con respecto a la primera tasa de muestreo medida y en el valor de ensayo seleccionado del primer factor de muestreo ascendente;
calcular un factor de error de resincronización basándose en los valores de ensayo del primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente;
dependiendo de que el factor de error de resincronización sea mayor que un valor umbral, aumentar de manera iterativa el valor de ensayo del primer factor de muestreo ascendente y el valor de ensayo del primer factor de muestreo descendente y calcular un factor de error de resincronización; y seleccionar un valor respectivo del primer factor de muestreo ascendente y el primer factor de muestreo descendente aumentados que da un factor de error de resincronización menor que o igual al valor umbral. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la desviación con respecto al valor nominal de la primera tasa de muestreo es mayor que /- 1%.
Método según la reivindicación 6, en el que la desviación con respecto al valor nominal de la primera tasa de muestreo es mayor que /- 10%.
Aparato (1) para convertir un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo en un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo, siendo la primera tasa de muestreo propensa a desviación con respecto a un valor nominal y estando la segunda tasa de muestreo dentro de un factor de error de resincronización predeterminado con respecto a un valor objetivo, estando el aparato (1) configurado para realizar el método según una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 7.
Sistema de detección para un vehículo, que comprende:
un sensor de MEMS (2) configurado para generar un flujo de muestras a una primera tasa de muestreo; un sistema de procesamiento de datos (3) configurado para aceptar un flujo de muestras a una segunda tasa de muestreo; y
un aparato (1) según la reivindicación 8.
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