一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法，該方法為設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘頻率f_ck2，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中加入一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)頻率由該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘頻率f_ck2決定，比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在與f_ck2鎖定的較高的倍頻f_ck1上，然后將抖動(dòng)信號(hào)與環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)疊加后送入比較器，使比較器產(chǎn)生的量化噪聲隨機(jī)化，所述抖動(dòng)信號(hào)的頻率選取在抽取數(shù)字濾波器傳輸系數(shù)的零點(diǎn)上，該抖動(dòng)信號(hào)被抽取數(shù)字濾波器濾除。本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信噪比不受抖動(dòng)信號(hào)的影響，產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào)的機(jī)理簡單，容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)抖動(dòng)信號(hào)的幅度精度要求不高，節(jié)約抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的功耗、尺寸和成本。
【專利說明】一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，尤其是希格瑪-德爾塔(Sigma-Delta)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其功能模塊一般都包括有輸入加法器、環(huán)路濾波器、比較器、反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和FIR抽取數(shù)字濾波器，其基本原理是采用高頻過采樣，利用環(huán)路濾波器在需處理的信號(hào)頻段附近的高增益，以及抽取數(shù)字濾波器的窄帶頻率響應(yīng)，來達(dá)到使用比較粗略的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊來完成高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的目的。這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)為模擬信號(hào)V(t)，而輸出信號(hào)則為數(shù)字信號(hào)d(n)。在實(shí)際轉(zhuǎn)換中，輸出的數(shù)字信號(hào)d(η)還會(huì)帶有由比較器產(chǎn)生的量化噪聲，該量化噪聲在所需處理信號(hào)帶寬內(nèi)的幅度對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信噪比有著重要影響。在典型的希格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，如果采用了低階環(huán)路濾波器的環(huán)路，導(dǎo)致比較器產(chǎn)生的量化噪聲不符合白噪音頻譜，而和輸入信號(hào)V(t)的頻譜有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。在一定輸入信號(hào)V(t)的強(qiáng)度和頻譜下，量化噪聲會(huì)在需要的信號(hào)頻段內(nèi)產(chǎn)生較大的頻譜分量和幅度，通過抽取數(shù)字濾波波后，高頻的量化噪聲會(huì)被濾除，但是在輸入信號(hào)V(t)頻段附近，量化噪聲有許多幅度較高的尖峰，這必然會(huì)降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信噪比。
[0003]目前解決這個(gè)問題的常用方法為在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部加入一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，該抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)y(t)為隨機(jī)信號(hào)，其頻譜為白噪聲，該白噪聲隨機(jī)信號(hào)y(t)能起到打斷輸入信號(hào)和比較器輸出信號(hào)的諧波關(guān)系，大大降低兩者的關(guān)聯(lián)性，使得量化噪聲隨機(jī)化。但是，用這種方法有很大的缺點(diǎn)，那便是對(duì)抖動(dòng)信號(hào)的隨機(jī)性要求嚴(yán)格，抖動(dòng)信號(hào)必須在頻率和幅度都要高度隨機(jī)，產(chǎn)生該抖動(dòng)信號(hào)的設(shè)備的精度要求高，會(huì)帶來較大的功耗和成本。如果不能達(dá)到高度隨機(jī)要求，在輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，量化噪聲仍然會(huì)有很大的信號(hào)頻段內(nèi)的尖峰，同時(shí)，由于抖動(dòng)信號(hào)本身亦為一個(gè)噪聲，抖動(dòng)信號(hào)會(huì)在抽取數(shù)字濾波器中輸出，對(duì)于整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信噪比有一定影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理可靠、能有效使模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的量化噪聲隨機(jī)化、對(duì)抖動(dòng)信號(hào)的幅度精度要求低、且輸出信號(hào)信噪比完全不受抖動(dòng)信號(hào)影響的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法，它包括有:
第一、設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)化器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中加入一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，該抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)頻率由該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2決定，即抖動(dòng)信號(hào)頻率f (t) =N*f_ck2，N為正整數(shù)；
第二、抽取數(shù)字濾波器的工作頻率由模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2決定，該抽取數(shù)字濾波器的工作頻率與抖動(dòng)信號(hào)頻率完全一致，且相互跟隨；環(huán)路的比較器，產(chǎn)生反饋信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊則工作在與f_ck2鎖定的一個(gè)較高的倍頻f_ckl上，f_ckl=M*f_ck2，M為一個(gè)較大的正整數(shù)。
[0006]第三、具有足夠幅度和頻率分量的抖動(dòng)信號(hào)與環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)疊加后送入比較器，使比較器產(chǎn)生的量化噪聲隨機(jī)化；
第四、所述抖動(dòng)信號(hào)的頻率選取在抽取數(shù)字濾波器傳輸系數(shù)的零點(diǎn)上，該抖動(dòng)信號(hào)被抽取數(shù)字濾波器濾除。
[0007]本發(fā)明在采用了上述方案后，其最大優(yōu)點(diǎn)在于通過在模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部加入新的抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，該抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)的頻率與該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相關(guān)，即為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率決定了抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的抖動(dòng)信號(hào)頻率，通過抖動(dòng)信號(hào)與環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)疊加，然后送入比較器中，由于該抖動(dòng)信號(hào)的幅度和頻率分量足夠大，使得比較器產(chǎn)生的量化噪聲可隨機(jī)化，同時(shí)，由于所述的抖動(dòng)信號(hào)的頻率和抽取數(shù)字濾波器的傳輸系數(shù)的零點(diǎn)都是由整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率決定的，兩者是完全匹配且相互跟隨的，這保證了抖動(dòng)信號(hào)永遠(yuǎn)都處于抽取數(shù)字濾波器的零點(diǎn)上，這使抖動(dòng)信號(hào)通過抽取數(shù)字濾波器后，該抖動(dòng)信號(hào)被濾除，這使得抖動(dòng)信號(hào)無論幅度大小如何，抽取數(shù)字濾波器的輸出信號(hào)都不帶有抖動(dòng)信號(hào)，即整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信噪比不受抖動(dòng)信號(hào)的影響，同時(shí)，產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào)的機(jī)理簡單，容易實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)抖動(dòng)信號(hào)的幅度精度要求不高，抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器無需做復(fù)雜動(dòng)作，因此能節(jié)約抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的功耗、尺寸和成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器功能方框圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的抽取數(shù)字濾波器傳輸系數(shù)頻譜圖。
[0010]圖3為本發(fā)明的抖動(dòng)信號(hào)頻譜圖。
[0011]圖4為本發(fā)明的主要節(jié)點(diǎn)信號(hào)的頻譜圖。
[0012]圖5為本發(fā)明的抖動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
參見附圖1至附圖4所示，本實(shí)施例所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法，它包括有:
第一、設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中加入一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，該抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)頻率由該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2決定，即抖動(dòng)信號(hào)頻率f (t) =N*f_ck2，N為正整數(shù)；
第二、抽取數(shù)字濾波器的工作頻率由模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2決定，該抽取數(shù)字濾波器的工作頻率與抖動(dòng)信號(hào)頻率完全一致，且相互跟隨；環(huán)路的比較器，產(chǎn)生反饋信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊則工作在與f_ck2鎖定的一個(gè)較高的倍頻f_ckl上，f_ckl=M*f_ck2，M為一個(gè)較大的正整數(shù)；
第三、具有足夠幅度和頻率分量的抖動(dòng)信號(hào)與環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)疊加后送入比較器，使比較器產(chǎn)生的量化噪聲隨機(jī)化； 第四、所述抖動(dòng)信號(hào)的頻率選取在抽取數(shù)字濾波器傳輸系數(shù)的零點(diǎn)上，該抖動(dòng)信號(hào)被抽取數(shù)字濾波器濾除，對(duì)于整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信噪比沒有影響。
[0014]根據(jù)上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化噪聲隨機(jī)化的處理方式為:該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)為模擬信號(hào)v(t)，模擬信號(hào)V(t)依次通過輸入加法器和低階環(huán)路濾波器后，在環(huán)路濾波器的輸出與抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)y(t)相疊加，并一并送入比較器中，比較器會(huì)產(chǎn)生量化噪聲，在比較器輸出的中間高速數(shù)字信號(hào)dl(n)包含輸入信號(hào)v(t)、量化噪聲和抖動(dòng)信號(hào)y(t)，且由于該抖動(dòng)信號(hào)y(t)具有足夠的幅度和頻率分量，與現(xiàn)有技術(shù)常用的白噪聲抖動(dòng)信號(hào)一樣，能有效地使模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化噪聲隨機(jī)化，保證了在輸入信號(hào)V(t)頻段附近不再出現(xiàn)的信號(hào)尖峰，而該方法采用的抽取數(shù)字濾波器在輸出信號(hào)頻率的整數(shù)倍頻率中，這個(gè)傳輸系數(shù)有零點(diǎn)(該頻點(diǎn)的信號(hào)被衰減到無窮小)，即輸出信號(hào)在這個(gè)頻點(diǎn)上始終為零(參見圖2抽取數(shù)字濾波器傳輸系數(shù)頻譜圖)。而抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器是工作在模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2上，而抽取數(shù)字濾波器同樣工作在轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2上，兩者均是由系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2所決定的，因此，這兩個(gè)模塊的工作頻率是同步的，兩者完全匹配且相互跟隨，該抖動(dòng)信號(hào)永遠(yuǎn)會(huì)處于該抽取數(shù)字濾波器傳輸系數(shù)的零點(diǎn)上，即該抖動(dòng)信號(hào)會(huì)被給抽取數(shù)字濾波器消除，因此，輸出信號(hào)d(n)不包含抖動(dòng)信號(hào)y(t)，抖動(dòng)信號(hào)y(t)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信噪比沒有任何影響，保證了輸出信號(hào)的質(zhì)量。
[0015]參見附圖5所示，圖5中的(a)、(b)、(C)圖為本實(shí)施例中的抖動(dòng)信號(hào)的類型，由于該方法產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)為單頻點(diǎn)信號(hào)或是單頻點(diǎn)與其諧波，抖動(dòng)信號(hào)在時(shí)域上可為正弦波、方波或是兩者的擬合近似即可，只需滿足f (t)=N*f_ck2即可，如圖5中的(a)所示，該抖動(dòng)信號(hào)采用正弦波，且f(t)=f_ck2，如(b)所示，該抖動(dòng)信號(hào)采用正弦波，且f(t)=2*f_ck2,如(c)所示，該抖動(dòng)信號(hào)采用方波，且f(t)=2*f_ck2。這可看出，本發(fā)明對(duì)抖動(dòng)信號(hào)的精度等方面沒有太高的要求，可用簡單、較粗略的電路來實(shí)現(xiàn)，抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器無需做復(fù)雜動(dòng)作，因此能節(jié)約了抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的功耗、尺寸和成本。
[0016]以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中量化噪聲隨機(jī)化的方法，其特征在于，它包括有: 第一、設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中加入一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，該抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)頻率由該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2決定，即抖動(dòng)信號(hào)頻率f (t) =N*f_ck2，N為正整數(shù)； 第二、數(shù)字抽取濾波器的工作頻率由模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_ck2決定，該抽取數(shù)字濾波器的工作頻率與抖動(dòng)信號(hào)頻率完全一致，且相互跟隨；環(huán)路的比較器、產(chǎn)生反饋信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊則工作在與f_ck2鎖定的一個(gè)較高的倍頻f_ckl上，f_ckl=M*f_ck2，M為一個(gè)較大的正整數(shù)； 第三、具有足夠幅度和頻率分量的抖動(dòng)信號(hào)與環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)疊加后送入比較器，使比較器產(chǎn)生的量化噪聲隨機(jī)化； 第四、所述抖動(dòng)信號(hào)的頻率選取在抽取數(shù)字濾波器傳輸系數(shù)的零點(diǎn)上，該抖動(dòng)信號(hào)被抽取數(shù)字濾波器濾除。
【文檔編號(hào)】H03M1/08GK103634005SQ201310677856
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】陶海 申請(qǐng)人:戴祖渝