專利名稱：帶有噪聲整形調(diào)制器的多相內(nèi)插濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對用在例如采樣率轉(zhuǎn)換器中的帶有噪聲整形調(diào)制器的多相內(nèi)插濾波器的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
附圖1a表示下采樣采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高級框圖，附圖1b表示用A、B和C代表的點上的一些信號。從US6411225中可以獲知多相采樣率轉(zhuǎn)換器。多相FIR濾波器由多個多相分支構(gòu)成。取決于輸入采樣相對于最接近的兩個輸出采樣的位置，將會選擇兩個多相分支。輸入采樣相對于兩個選定分支的位置(δ)將用作兩個多相分支之間的線性分配系數(shù)。換句話說，在兩個選定分支之間線性分配幅度為L的送入采樣。兩個結(jié)果得到的采樣將會各自由多相FIR濾波器的選定分支之一進行濾波。從這一濾波器送出的采樣將會按照系數(shù)二進行下采樣，并且這就是該算法的輸出結(jié)果。
每次計算輸出采樣時所處于的時間格具有有限的分辨度(Tin/多相分支數(shù))。如果多相分支的數(shù)量增加，則時間格將會變得更小。在極限情況下，沒有必要再計算兩個分支，但是濾波器系數(shù)的數(shù)量將會非常大。例如，由Cirrus Logic，Austin Texas出品的AD1985異步采樣率轉(zhuǎn)換器使用220個分支。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用可以用在例如采樣率轉(zhuǎn)換器中的噪聲整形調(diào)制器改善針對多相內(nèi)插濾波器的方法和設(shè)備。
本發(fā)明基于這一發(fā)現(xiàn)對于多相濾波器而言，倘若利用噪聲整形來抑制或減小因選擇僅僅一個濾波器分支而引入的噪聲，就不必針對遵循線性分配進入的每個采樣進行兩個濾波器分支的計算。
上述目的是通過按照本發(fā)明的方法和設(shè)備來實現(xiàn)的。
本發(fā)明給出了一種具有N個多相分支的多相濾波器，該濾波器包括
-用于接收輸入采樣的裝置，-控制裝置，用于選擇多相濾波器的單獨一個分支來進行輸入采樣的內(nèi)插，和-噪聲整形調(diào)制器，用于對所述濾波器的輸出進行噪聲整形，從而減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單一的分支而引入的噪聲誤差。所述噪聲整形調(diào)制器可以是一階的或者是高于一階的高階的。所述噪聲整形調(diào)制器可以是單級噪聲整形調(diào)制器或者是多級噪聲整形調(diào)制器。
本發(fā)明還包括按照前述任何一項權(quán)利要求的多相濾波器在采樣率轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用。
本發(fā)明還包括一種利用N個多相分支進行多相濾波的方法，該方法包括-接收輸入采樣，-選擇多相濾波器的單獨一個分支來進行輸入采樣的內(nèi)插，和-對所述濾波器的輸出進行噪聲整形，從而減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單一的分支而引入的噪聲誤差。
本發(fā)明還包括一種軟件產(chǎn)品，該軟件產(chǎn)品包括代碼段，這些代碼段在處理引擎中執(zhí)行時提供具有N個多相分支的多相濾波器，該軟件產(chǎn)品包括提供下列功能的代碼段-用于接收輸入采樣的裝置，-控制裝置，用于選擇多相濾波器的單獨一個分支來進行輸入采樣的內(nèi)插，和-噪聲整形調(diào)制器，用于對所述濾波器的輸出進行噪聲整形，從而減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單一的分支而引入的噪聲誤差。該軟件可以存儲在機器可讀數(shù)據(jù)載體中，比如CD-ROM、DVD-ROM、磁盤、硬盤、固態(tài)存儲器、磁帶存儲設(shè)備等。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點是-取決于獲得充足性能所需的噪聲整形器的階次，該系統(tǒng)可以以較低的成本來實現(xiàn)。
-由于不存在線性分配，該系統(tǒng)可以具有與過采樣系數(shù)較低的常規(guī)系統(tǒng)相同的性能，并且因而使用很少的內(nèi)存。


結(jié)合附圖，從下面的詳細說明中，本發(fā)明的這些和其它特點、特征和優(yōu)點將會變得顯而易見，這些附圖以具體的方式圖解說明了本發(fā)明的原理。說明僅僅是為了舉例而給出的，而不是為了限定本發(fā)明。下文中引用的附圖標記請參見附圖。
附圖1a是公知的多相濾波器的示意性框圖。
附圖1b表示兩個多相分支的選擇和它們之間的線性分配。
附圖2是來自附圖1的多相濾波器的信號的頻譜。
附圖3表示僅計算和選擇多相濾波器的一個分支時的頻譜。
附圖4表示按照本發(fā)明的實施方式僅計算和選擇多相濾波器的一個分支并且對輸出進行噪聲整形時的頻譜。
附圖5a、5b和6a、6b分別表示按照本發(fā)明的實施方式的兩種類型的采樣率轉(zhuǎn)換器的示意性框圖。
具體實施例方式
將會針對具體的實施方式并且參照一些附圖對本發(fā)明加以介紹，但是本發(fā)明并不局限于此，而是僅由權(quán)利要求限定。所介紹的附圖僅僅是示意性的，并且是非限定的。在附圖中，為了便于圖解說明，可能對某些單元的大小進行了夸大，并且不是按比例畫出。當(dāng)涉及到單數(shù)名詞時使用非限定性或限定性冠詞，例如“一”或“一個”、“該”，這包括該名詞的復(fù)數(shù)形式，除非另有說明。
再有，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三之類，用于在類似的單元之間進行區(qū)分，不一定用于描述排位或時間順序。要理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下是可互換的，并且本文介紹的本發(fā)明的實施方式能夠按照除本文介紹的或圖解說明的順序之外的其它順序進行操作。
而且，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語頂部、底部、之上、之下之類是用于解釋說明的用途的，不一定用于描述相對位置。要理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下是可互換的，并且本文介紹的本發(fā)明的實施方式能夠以除了本文介紹或圖解說明的取向之外的其它取向進行操作。
要注意，不應(yīng)將權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括”解釋為受限于其后列出的裝置；它并不排除存在其它單元或步驟的可能。這樣，表述方式“一種包括A和B的設(shè)備”的范圍不應(yīng)局限于僅由組成部分A和B構(gòu)成的設(shè)備。它意味著，對于本發(fā)明而言，設(shè)備的單獨相關(guān)組成部分是A和B。
本發(fā)明基于這一發(fā)現(xiàn)不必針對遵循線性分配進入多相濾波器的每個采樣進行兩個濾波器分支的計算。在輸入端輸入的正弦波信號在點B處(見附圖1)從多相FIR濾波器輸出時的頻譜為附圖2所示。在該附圖中，可以看到正弦波波峰以及Fs/4之下的受到強烈衰減的假信號及噪聲和Fs/4之上的一些假信號。高于Fs/4的部分可以忽略不計，因為這一部分將會由系數(shù)為二的下采樣濾波器濾除。當(dāng)以這樣一種方式改變系統(tǒng)時多相濾波器的控制器僅僅選擇一個分支用于對進入系統(tǒng)的各個輸入采樣進行計算，由于分辨度有限，點B處信號的頻譜將會為附圖3所示的頻譜。在Fs/4之下的頻譜中有大量不想要的信號。
在本發(fā)明的一個方面中，分支是以噪聲整形的方式加以計算的，即，通過加入噪聲整形調(diào)制器。噪聲整形器通常用于解決由有限的幅度分辨度造成的問題。例如，諸如模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器這樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的量化噪聲可以借助噪聲整形來加以降低，見例如由R.J.Baker所著的書籍《CMOS mixed signal circuit design)》(第11卷，具體見第22章，Wiley Interscience，2002)。與這種公知的應(yīng)用不同，按照本發(fā)明的一個方面，將噪聲整形用于解決因選擇多相分支的時間分辨度有限造成的問題。這樣，按照這個方面，是從確定所謂時間量化的角度對待多相分支的。僅僅選擇一個分支會引入時間量化誤差。然后通過噪聲整形除掉或減小這個時間量化誤差。使用噪聲整形調(diào)制器的噪聲整形原理是從積分器反饋回信號本身或誤差信號。積分器典型地是由下式定義的針對頻率z的信號傳遞函數(shù)STF(z)=z-11-z-1.]]>噪聲調(diào)制器的效果是對噪聲進行高通濾波，而數(shù)據(jù)信號僅僅受到延遲。結(jié)果是將由僅僅選擇一個多相分支而引入的時間量化噪聲功率移到信號頻帶之外。點B處的經(jīng)過噪聲整形的數(shù)據(jù)的頻譜為附圖4所示。Fs/4之下的頻譜中的噪聲再次得到了明顯衰減?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)脑肼曊{(diào)制器。例如，噪聲調(diào)制器可以是一階或更高階的，并且可以是單級或多級調(diào)制器。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點是-取決于獲得充足性能所需的噪聲整形器的階次，該系統(tǒng)可以以較低的成本來實現(xiàn)。
-由于不存在線性分配，該系統(tǒng)可以具有與過采樣系數(shù)較低的常規(guī)系統(tǒng)相同的性能，并且因而使用很少的內(nèi)存。
附圖5a示意性地表示異步采樣率轉(zhuǎn)換器FSRC1的第一個例子，該異步采樣率轉(zhuǎn)換器FSRC1具體實現(xiàn)為可以采用本發(fā)明的具有輸入端I 1和輸出端O1的上轉(zhuǎn)換器。沒有線性分配單元。采樣率轉(zhuǎn)換器可以用軟件、硬件或二者的組合來實現(xiàn)。這個采樣率轉(zhuǎn)換器邏輯上包括多相分解濾波器裝置PDFM1與噪聲整形裝置NS1的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。術(shù)語“邏輯上”的含義是，物理結(jié)構(gòu)并不需要是空間上的一個跟在另一個后面，例如，如果該轉(zhuǎn)換器是用軟件實現(xiàn)的。此外，該采樣率轉(zhuǎn)換器包括控制裝置CM1，該控制裝置CM1控制多相分解濾波器裝置PDM1和噪聲整形裝置NS1的操作。采樣率轉(zhuǎn)換器FSRC1可以是靈活采樣率轉(zhuǎn)換器。在本文中，詞“靈活”意思是指，輸入和輸出采樣頻率之間的實際比值(稱為轉(zhuǎn)換比N)并非必須預(yù)先了解。相反，必須要知道轉(zhuǎn)換處理中創(chuàng)建的圖像的所需壓縮量。這些圖像可能會帶來不希望有的混疊。這一信息和相對帶寬是設(shè)計內(nèi)插濾波器所需要的。
多相分解濾波器裝置PDFM1在這個例子中包括128個多相分支(G128，0(z)-G128，127(z))。在這個例子中，多相分支只有一個輸出端與向噪聲整形裝置NS1饋送信號的開關(guān)SW1耦合。噪聲整形裝置NS1此外還可以包括放大器AMP11，由此放大器AMP11不用象放大器作為線性內(nèi)插器的一部分時的傳統(tǒng)情況那樣按照系數(shù)德爾塔對接收到的信號進行放大。
該放大器的輸出端與噪聲整形電路NSC1相通，該噪聲整形電路NSC1將經(jīng)過噪聲整形的信號供應(yīng)到采樣率轉(zhuǎn)換器FSRC1的輸出端O1?？刂蒲b置CM1確定將哪個采樣從多相濾波器送到噪聲整形電路NSC1。這些電路元件，例如開關(guān)、控制裝置、內(nèi)插器、放大器等，可以用軟件、硬件或二者的組合來實現(xiàn)。
附圖5b表示可以采用本發(fā)明的、作為上轉(zhuǎn)換器的異步采樣率轉(zhuǎn)換器FSRC2的功能性實例。沒有線性分配單元。該采樣率轉(zhuǎn)換器在這個例子中邏輯上包括第一上轉(zhuǎn)換裝置UCM21、第一濾波器裝置FM21、第二上轉(zhuǎn)換裝置UCM22、第二濾波器裝置FM22和下轉(zhuǎn)換裝置DCM2的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。該采樣率轉(zhuǎn)換器可以用軟件、硬件或二者的結(jié)合來實現(xiàn)。術(shù)語“邏輯上”的含義是，物理結(jié)構(gòu)并不需要是空間上的一個跟在另一個后面，例如，如果該轉(zhuǎn)換器是用軟件實現(xiàn)的。通過將上轉(zhuǎn)換分為濾波器裝置處于中間的兩個級，使得采樣率轉(zhuǎn)換器的效率得到了提高。可以將第一濾波器裝置的過渡帶選擇得非常窄，并且可以將第二濾波器裝置的過渡帶選擇得非常寬。
附圖6a表示可以采用本發(fā)明的、作為具有輸入端I3和輸出端O3的下轉(zhuǎn)換器FSRC3的異步采樣率轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實例。沒有線性分配單元。這個采樣率轉(zhuǎn)換器邏輯上包括開關(guān)裝置S3與帶有噪聲整形電路NSC2的多相分解濾波器裝置PDFM3的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，該多相分解濾波器裝置PDFM3具有Ko個分支(Gko，0(z)-Gko，Ko-1(z))。此外，該采樣率轉(zhuǎn)換器包括控制裝置CM3，該控制裝置CM3用于控制開關(guān)裝置和多相分解濾波器裝置的操作。該采樣率轉(zhuǎn)換器可以用軟件、硬件或二者的組合來實現(xiàn)。術(shù)語“邏輯上”的含義是，物理結(jié)構(gòu)并不需要是空間上的一個跟在另一個后面，例如，如果該轉(zhuǎn)換器是用軟件實現(xiàn)的。這些電路元件，例如開關(guān)、控制裝置、內(nèi)插器、放大器等，可以用軟件、硬件或二者的組合來實現(xiàn)。
按照這個例子的采樣率轉(zhuǎn)換器(例如下轉(zhuǎn)換器)是附圖5a的采樣率轉(zhuǎn)換器上轉(zhuǎn)換器的倒置形式。
多相分解濾波器裝置PDFM3在這個例子中包括128個多相分支(G128，0(z)-G128，127(z))。在這個例子中，多相分支只有一個由開關(guān)裝置SW31選擇的輸出端與噪聲整形電路NSC2耦合。開關(guān)裝置S3此外還可以包括放大器AMP31，由此放大器AMP31不用象放大器作為線性內(nèi)插器的一部分時的傳統(tǒng)情況那樣按照系數(shù)德爾塔對接收到的信號進行放大。
多相濾波器的一個選定輸出端與噪聲整形電路NSC2耦合，該噪聲整形電路NSC2將經(jīng)過噪聲整形的信號供應(yīng)到采樣率轉(zhuǎn)換器FSRC3的輸出端O3?？刂蒲b置CM1確定將哪個采樣送到噪聲整形電路NSC2。這些電路元件，例如開關(guān)、控制裝置、內(nèi)插器、放大器等，可以用軟件、硬件或二者的組合來實現(xiàn)。
附圖6b表示可以采用本發(fā)明的、作為下轉(zhuǎn)換器FSRC4的異步采樣率轉(zhuǎn)換器的功能性實例。沒有線性分配單元。該轉(zhuǎn)換器包括輸入端I 4和輸出端O4，并且安插了上轉(zhuǎn)換裝置UCM4、第一濾波器裝置FM41、第一下轉(zhuǎn)換裝置DCM41、第二濾波器裝置FM42和第二下轉(zhuǎn)換裝置DCM42的邏輯串聯(lián)結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)需要選擇系數(shù)，其中Ko和K1是固定的整數(shù)并且L＜＝Ko*K1。該采樣率轉(zhuǎn)換器可以用軟件、硬件或二者的結(jié)合來實現(xiàn)。術(shù)語“邏輯上”的含義是，物理結(jié)構(gòu)并不需要是空間上的一個跟在另一個后面，例如，如果該轉(zhuǎn)換器是用軟件實現(xiàn)的。這些電路元件，例如開關(guān)、控制裝置、內(nèi)插器、放大器等，可以用軟件、硬件或二者的組合來實現(xiàn)。
本發(fā)明還包括用于實現(xiàn)按照本發(fā)明的多相內(nèi)插濾波器的軟件。軟件代碼在諸如微處理器或可編程門陣列(比如FPGA)或類似的處理引擎中執(zhí)行時包括用于接收輸入采樣的裝置、用于選擇單獨一個用來內(nèi)插輸入采樣的多相濾波器分支的裝置和用于對該濾波器的輸出進行噪聲整形以由此減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單獨的分支而引入的噪聲誤差的裝置。該軟件可以存儲在任何適當(dāng)?shù)臋C器可讀存儲設(shè)備上，比如磁盤、磁帶存儲設(shè)備、如CD-ROM或DVD-ROM之類的光盤存儲設(shè)備或固態(tài)存儲器等。
權(quán)利要求
1.一種具有N個多相分支的多相濾波器，該濾波器包括-用于接收輸入采樣的裝置(I1，I3)，-控制裝置(CM1，CM3)，用于選擇多相濾波器的單獨一個分支來進行輸入采樣的內(nèi)插，和-噪聲整形調(diào)制器(NSC1，NSC2)，用于對所述濾波器的輸出進行噪聲整形，從而減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單一的分支而引入的噪聲誤差。
2.按照權(quán)利要求1所述的多相濾波器，其中所述噪聲整形調(diào)制器(NSC1，NSC2)是一階的。
3.按照權(quán)利要求1所述的多相濾波器，其中所述噪聲整形調(diào)制器(NSC1，NSC2)是高于一階的高階的。
4.按照權(quán)利要求1所述的多相濾波器，其中所述噪聲整形調(diào)制器(NSC1，NSC2)是單級噪聲整形調(diào)制器。
5.按照權(quán)利要求1所述的多相濾波器，其中所述噪聲整形調(diào)制器(NSC1，NSC2)是多級噪聲整形調(diào)制器。
6.按照上述任何一項權(quán)利要求的多相濾波器在采樣率轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用。
7.按照權(quán)利要求6的應(yīng)用，用于上轉(zhuǎn)換器或下轉(zhuǎn)換器。
8.一種利用N個多相分支進行多相濾波的方法，該方法包括-接收輸入采樣，-選擇多相濾波器的單獨一個分支來進行輸入采樣的內(nèi)插，和-對所述濾波器的輸出進行噪聲整形，從而減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單一的分支而引入的噪聲誤差。
9.一種軟件產(chǎn)品，該軟件產(chǎn)品包括代碼段，這些代碼段在處理引擎中執(zhí)行時提供具有N個多相分支的多相濾波器，該軟件產(chǎn)品包括提供下列功能的代碼段-用于接收輸入采樣的裝置，-控制裝置，用于選擇多相濾波器的單獨一個分支來進行輸入采樣的內(nèi)插，和-噪聲整形調(diào)制器，用于對所述濾波器的輸出進行噪聲整形，從而減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單一的分支而引入的噪聲誤差。
10.一種存儲著權(quán)利要求9所述的軟件產(chǎn)品的機器可讀數(shù)據(jù)載體。
全文摘要
介紹了一種多相濾波方法和一種多相濾波器，該多相濾波器具有N個多相分支，該多相濾波器接收輸入采樣、選擇多相濾波器的單獨一個分支來進行輸入采樣的內(nèi)插。使用噪聲整形調(diào)制器來對所述濾波器的輸出進行噪聲整形，從而減小因僅僅選擇多相濾波器的一個單一的分支而引入的噪聲誤差。按照本發(fā)明所述的濾波器和方法的優(yōu)點是取決于獲得充足性能所需的噪聲整形器的階次，該系統(tǒng)可以以較低的成本來實現(xiàn)。由于不存在線性分配，該系統(tǒng)可以具有與過采樣系數(shù)較低的常規(guī)系統(tǒng)相同的性能，并且因而使用很少的內(nèi)存。
文檔編號H03H17/02GK1977456SQ200580021952
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者F·V·F·德比斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司