專利名稱:級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及δ-∑調(diào)制型量化器,特別是涉及能夠防止在輸入滿標(biāo)近旁產(chǎn)生的S/N下降而進(jìn)行滿標(biāo)輸出的級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器。
背景技術(shù):
一直以來(lái),使用δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器電路為人們所知。圖3表示使用現(xiàn)有技術(shù)的單級(jí)δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器電路。δ-∑調(diào)制器1由將模擬輸入信號(hào)和反饋參考電壓(正電壓VREF+或負(fù)電壓VREF-)作為輸入的積分電路2、將該積分電路2的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的量化器3以及從該量化器3的數(shù)字輸出生成上述反饋參考電壓的數(shù)模變換器4構(gòu)成。上述的正、負(fù)反饋參考電壓被設(shè)定在與通常模擬輸入信號(hào)的正負(fù)規(guī)定最大電壓相同的值上。
δ-∑調(diào)制器1的輸出信號(hào)作為數(shù)字代碼輸入到數(shù)字抽取過(guò)濾器5中,取出相當(dāng)于模擬輸入信號(hào)分量的低頻分量,并被變換成規(guī)定比特?cái)?shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
在這樣的模數(shù)變換器電路中,為了降低輸出數(shù)字信號(hào)的噪聲,將在δ-∑調(diào)制器1中的增益縮小到1/A(A為大于1的任意數(shù)值),有人提出通過(guò)該脈沖響應(yīng)系數(shù)使抽取過(guò)濾器5保持增益A的定標(biāo)方式(參照美國(guó)專利第4,851,841號(hào)說(shuō)明書)。
圖3的模數(shù)變換器電路是考慮了相對(duì)于模擬輸入信號(hào)電平,具有圖5那樣的噪聲特性的結(jié)果。圖5中,曲線A表示對(duì)應(yīng)于單級(jí)δ-∑調(diào)制器中的模擬輸入電平的數(shù)字輸出中的噪聲特性。另外,曲線B表示對(duì)應(yīng)于級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器中的模擬輸入電平的數(shù)字輸出中的噪聲特性。
在圖3的模數(shù)變換器電路中,如圖5所示,如果接近于模擬輸入信號(hào)的電平的滿標(biāo)、即接近于δ-∑調(diào)制器1的反饋參考電壓,則構(gòu)成所謂數(shù)字輸出的噪聲增大的「過(guò)負(fù)載」?fàn)顟B(tài)。
因此,設(shè)定反饋參考電壓的值,使模擬輸入信號(hào)正負(fù)的規(guī)定最大電壓相對(duì)于正負(fù)的反饋參考電壓分別為1/A(例如,1/A=0.7)。因而,將δ-∑調(diào)制器1的增益縮小至1/A。另一方面,通過(guò)將增益A(稱為定標(biāo)系數(shù))賦予至后級(jí)的抽取過(guò)濾器5,補(bǔ)償δ-∑調(diào)制器中受到限制的增益。通過(guò)進(jìn)行這樣的定標(biāo),可以有效地降低噪聲。由于構(gòu)成如積分器的次數(shù)高的δ-∑調(diào)制器那樣的過(guò)負(fù)載的輸入電平低,需要增大定標(biāo)系數(shù)。
另外,在近年的δ-∑調(diào)制器中,由于常常采用被稱之為級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu),如圖5所示,嘗試將過(guò)負(fù)載抑制在最低限度。級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器如被公告在特開(kāi)昭61-177818號(hào)公報(bào)上(作為本說(shuō)明書的一部分參照該專利公開(kāi)公報(bào))的那樣,將由一次或多次積分器構(gòu)成的相互級(jí)聯(lián)連接的δ-∑調(diào)制器定義為具有2級(jí)以上的調(diào)制器。
圖4表示使用了級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器的方框圖。級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器7由以下部件構(gòu)成初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11;從對(duì)該初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11級(jí)聯(lián)連接的第二級(jí)至第n級(jí)(n為3以上的整數(shù))、亦即第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12~1n;合成從初級(jí)至第n級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11~1n的輸出并進(jìn)行除噪聲的噪聲除去電路6。而且,δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路也可以是初級(jí)和第二級(jí)組合而成的2級(jí)結(jié)構(gòu)??傊?,被級(jí)聯(lián)連接至初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路上的第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路可以是1個(gè),也可以是多個(gè)。
初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11由以下部件組成將從外部輸入的規(guī)定了正負(fù)最大電壓的模擬輸入信號(hào)和反饋參考電壓作為輸入的積分電路2;將該積分電路2的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的局部量化器3;以及從該局部量化器3的數(shù)字輸出生成上述反饋參考電壓的數(shù)模變換器4。這些構(gòu)成一級(jí)。
第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12~1n也與初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11一樣,由積分電路2、局部量化器3和數(shù)模變換器4構(gòu)成。
但是,輸入到第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12~1n的模擬信號(hào)是前級(jí)δ-∑調(diào)制型型量化環(huán)路的局部量化器3的輸入與前級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的數(shù)模變換器4的輸出的差值信號(hào)。該差信號(hào)相當(dāng)于由前級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器3發(fā)生的量化誤差。而且,在第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12~1n中,由各自的局部量化器3進(jìn)行由量化誤差構(gòu)成的模擬輸入信號(hào)的量化。
例如,在第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12中,作為模擬信號(hào),向積分電路2輸入初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11的局部量化器3的輸入和初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11的數(shù)模變換器4的輸出的差信號(hào)。該差信號(hào)相當(dāng)于由初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11的局部量化器3發(fā)生的量化誤差。而且,在第二δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12中,通過(guò)局部量化器3進(jìn)行由量化誤差構(gòu)成的模擬輸入信號(hào)的量化。
在第3級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路13中,從第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12輸入與上述相同的模擬信號(hào),進(jìn)行與第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12同樣的處理。關(guān)于第4級(jí)以后情況也與第3級(jí)一樣。
噪聲除去電路6有以下結(jié)構(gòu),在使各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11~1(n-1)的局部量化器3的輸出信號(hào)延遲后的信號(hào)上,加上其次級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12~1n的量化器的輸出信號(hào)被微分后得到的信號(hào)作為級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器7的輸出信號(hào)。
具體地說(shuō),例如,在噪聲除去電路6有2級(jí)結(jié)構(gòu)的情況下,在使初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11的局部量化器3的輸出信號(hào)延遲后的信號(hào)上,加上微分第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12的局部量化器3的輸出信號(hào)后得到的信號(hào)作為級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器7的輸出信號(hào)。
當(dāng)存在第3級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路13時(shí),采用的方法是,用在使第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12的局部量化器3的輸出信號(hào)延遲后的信號(hào)上加微分第3級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路13的局部量化器3的輸出信號(hào)后的信號(hào)得到的信號(hào)來(lái)代替在前述的演算中的第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12的量化器3的輸出信號(hào),算出級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器7的輸出信號(hào)。存在第4級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路時(shí)也進(jìn)行同樣的演算。
根據(jù)該結(jié)構(gòu),可以將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路11~1(n-1)中發(fā)生的量化噪聲用下一級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路12~1n分別消除。
級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器7的輸出信號(hào)作為數(shù)字代碼;被輸入至數(shù)字抽取過(guò)濾器5中,取出相當(dāng)于模擬輸入信號(hào)分量的低頻分量,且被變換成規(guī)定比特?cái)?shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
作為圖4的級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的具體結(jié)構(gòu)例,圖6表示采用了1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器的方框圖。1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器51包含設(shè)有一次積分電路54的初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52、設(shè)有二次積分電路55的第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路53和噪聲除去電路56。
初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52由積分器61和局部量化器62以及1比特的數(shù)模變換器63構(gòu)成。積分器61的輸入信號(hào)是用加減法器65從外部輸入的模擬輸入信號(hào)中減去將由數(shù)模變換器生成的反饋參考電壓通過(guò)放大器64所得到的信號(hào)后的信號(hào)。局部量化器62將積分器61的輸出量化成1比特?cái)?shù)字信號(hào)。數(shù)模變換器63從局部量化器62的數(shù)字輸出Y1生成上述反饋參考電壓。積分電路54由積分器61和放大器64以及加減法器65構(gòu)成。
第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路53由積分器71、積分器72、局部量化器73、1比特的數(shù)模變換器74構(gòu)成。積分器71的輸入信號(hào)是用加減法器77從初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52的量化器62的輸入與數(shù)模變換器63的輸出的差信號(hào),也就是從由初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52的局部量化器62發(fā)生的量化誤差Q1中,減去將由數(shù)模變換器74生成的反饋參考電壓通過(guò)放大器75所得到的信號(hào)后的信號(hào)。積分器72的輸入信號(hào)是用加減法器78從積分器71的輸出中,減去將用數(shù)模變換器74生成的反饋參考電壓通過(guò)放大器76所得到的信號(hào)后的信號(hào)。局部量化器73將積分器72的輸出量化成1比特?cái)?shù)字信號(hào)。數(shù)模變換器74從局部量化器73的數(shù)字輸出Y2生成上述反饋參考電壓。積分電路55由積分器71、72和放大器75、76以及加減法器77、78構(gòu)成。
上述初級(jí)和第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的定標(biāo)系數(shù)都被設(shè)定在A(A為大于1的任意數(shù)值),也就是設(shè)定在相同的值上。在初級(jí)和第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52、53中,增益被限制在1/A。這里,定標(biāo)系數(shù)A如上所述,是根據(jù)設(shè)定反饋參考電壓的大小,使模擬輸入信號(hào)的正負(fù)規(guī)定最大電壓相對(duì)于各自的正負(fù)反饋參考電壓為1/A來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
另外,在圖6中,記號(hào)Q1表示在局部量化器62的前后發(fā)生的量化誤差,記號(hào)Q2表示在局部量化器73的前后發(fā)生的量化誤差,記號(hào)N表示混入到模擬輸入信號(hào)的噪聲和輸入定標(biāo)后的熱噪聲等的量化噪聲以外的模擬噪聲。
噪聲除去電路56被連接成分別接受各δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52、53的輸出信號(hào)Y1和Y2。延遲器81被連接成接受輸出Y1,當(dāng)輸出Y1的數(shù)據(jù)被送到加法器83時(shí),使輸出Y1的數(shù)據(jù)相對(duì)于輸出Y2的數(shù)據(jù)時(shí)間延遲。微分器82由采用傳統(tǒng)技術(shù)中周知的方法進(jìn)行微分的數(shù)字微分器構(gòu)成。來(lái)自數(shù)字微分器的輸出用加法器83與延遲器81的輸出相加,構(gòu)成1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器51的輸出信號(hào)Y。該輸出信號(hào)Y作為數(shù)字代碼被賦予數(shù)字抽取過(guò)濾器57。
結(jié)果,例如若將放大器64,75的系數(shù)g1,g2設(shè)為1,將放大器76的系數(shù)g3設(shè)為2,則1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器51的輸出Y可以用以下的傳遞函數(shù)表示。
Y1=Vin/A+N+(1-Z-1)Q1(1)
Y2=-Q1+(1-Z-1)2Q2(2)Y=Y(jié)1+Y2·(1-Z-1)=Vin/A+N+(1-Z-1)3Q2(3)數(shù)字抽取過(guò)濾器57的輸出Dout表示成以下的函數(shù)。
Dout=Y(jié)·A=Vin+〔N+(1-Z-1)3Q2〕·A(4)因而,增益定標(biāo)處理可以防止最大信號(hào)輸入時(shí)的S/N惡化,但由于模擬噪聲分量N和量化噪聲分量(1-Z-1)3Q2成為A倍,S/N比遭受損失。
為了實(shí)現(xiàn)滿足90dB以上的高S/N的δ-∑調(diào)制器,需要進(jìn)一步提高S/N特性。在這樣的高性能δ-∑調(diào)制器中,信號(hào)頻帶內(nèi)的噪聲中的模擬噪聲比量化噪聲更具有支配性。原因是若使信號(hào)頻帶內(nèi)的量化噪聲分量次數(shù)增加,可以達(dá)到100dB以上的S/N理論性能,而模擬噪聲分量要達(dá)到S/N90dB以上則不容易。因而,為了使S/N提高,如何抑制由定標(biāo)產(chǎn)生的模擬噪聲分量就成了重要的問(wèn)題。
另外,作為別的問(wèn)題,在傳統(tǒng)的增益定標(biāo)處理中,由于必須與后級(jí)的抽取過(guò)濾器相對(duì)地設(shè)計(jì)調(diào)制器,存在著所謂設(shè)計(jì)自由度下降的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題而構(gòu)思,其目的在于抑制由增益定標(biāo)產(chǎn)生的S/N的惡化,并提供可以謀求更有效降低模擬噪聲影響的級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器。
第一發(fā)明的δ-∑調(diào)制器中設(shè)有初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路,一個(gè)或多個(gè)的第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路,以及噪聲除去電路;另外還設(shè)有增益限制部件和定標(biāo)補(bǔ)償部件。
初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路由以下部件組成將規(guī)定了最大電壓的第一模擬輸入信號(hào)和第一反饋參考電壓作為輸入的第一積分電路;將第一積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第一局部量化器;從第一局部量化器的數(shù)字輸出生成第一反饋參考電壓的第一數(shù)模變換器。
第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路與初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路成級(jí)聯(lián)連接,由以下部件構(gòu)成將由前級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸入和數(shù)模變換器的輸出的差信號(hào)構(gòu)成的第二模擬輸入信號(hào)和第二反饋參考電壓作為輸入的第二積分電路;將第二積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第二局部量化器;以及從第二局部量化器的數(shù)字輸出生成第二反饋參考電壓的第二數(shù)模變換器。
就初級(jí)和第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路而言,噪聲除去電路通過(guò)將用延遲器使各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸出延遲后的輸出和用微分器微分下一極的δ-∑凋制型量電路的局部量化器的輸出后的輸出相加后的值作為輸出信號(hào),消除各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的量化噪聲。
另外,增益限制部件將各δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓設(shè)定在所述模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓以上,并將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓獨(dú)立于其它的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓進(jìn)行設(shè)定,從而限制各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的增益。
再有,定標(biāo)補(bǔ)償部件通過(guò)在噪聲除去電路中按每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路獨(dú)立設(shè)定增益,補(bǔ)償在各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益。
第二發(fā)明的δ-∑調(diào)制器設(shè)有初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路,一個(gè)或多個(gè)的第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路,以及噪聲除去電路;另外還設(shè)有增益限制部件和定標(biāo)補(bǔ)償部件。
初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路由以下部件構(gòu)成將規(guī)定了最大電壓的第一模擬輸入信號(hào)和第一反饋參考電壓作為輸入的第一積分電路;將第一積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第一局部量化器;從第一局部量化器的數(shù)字輸出生成第一反饋參考電壓的第一數(shù)模變換器。
第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路與初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路級(jí)聯(lián)連接,由以下部件構(gòu)成將從前級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸入構(gòu)成的第二模擬輸入信號(hào)與第二反饋參考電壓作為輸入的第二積分電路;將第二積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第二局部量化器;以及從第二局部量化器的數(shù)字輸出生成第二反饋參考電壓的第二數(shù)模變換器。
就初級(jí)和第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路而言,噪聲除去電路是通過(guò)將用延遲器使各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸出延遲后的輸出和用微分器微分下一極的δ-∑凋制型量電路的局部量化器的輸出后的輸出相加后的值作為輸出信號(hào),消除各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的量化噪聲。
另外,增益限制部件通過(guò)將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓設(shè)定在所述模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大值以上,且將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓獨(dú)立于其它的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓進(jìn)行設(shè)定,限制各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的增益。
再有,定標(biāo)補(bǔ)償部件通過(guò)在噪聲除去電路中按每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路獨(dú)立設(shè)定增益,補(bǔ)償在各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益。
在上述第一和第二發(fā)明中,構(gòu)成了將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓從其它的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓中獨(dú)立出來(lái)設(shè)定的結(jié)構(gòu),而各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓的值不僅有被設(shè)定在相互不同的值上的情況,也有設(shè)定在相同值上的情況。要點(diǎn)是可以根據(jù)各δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路任意選擇。
另外,將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓設(shè)定在模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓以上。亦即上述各反饋參考電壓被設(shè)定在與模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓相同的值或比其更大的值上。
在噪聲除去電路中與各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分設(shè)置延遲器和微分器時(shí),上述的定標(biāo)補(bǔ)償部件由例如被設(shè)置在噪聲除去電路中與各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分上所設(shè)的延遲器和微分器的輸入側(cè)或輸出側(cè)的乘法部件構(gòu)成。該乘法部件在通過(guò)延遲器和微分器的信號(hào)上分別乘上用以補(bǔ)償由各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路受到限制的增益的系數(shù)。
依據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)于各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路獨(dú)立設(shè)定反饋參考電壓,就可以對(duì)于各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路獨(dú)立設(shè)定增益定標(biāo)系數(shù),據(jù)此進(jìn)行級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的增益定標(biāo),且在噪聲除去電路中,通過(guò)按每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路獨(dú)立設(shè)定增益,補(bǔ)償各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益。因而,對(duì)每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路,例如,可以對(duì)應(yīng)于其內(nèi)部的積分電路的次數(shù)將增益定標(biāo)系數(shù)設(shè)為最佳值。其結(jié)果,可以將起因于增益定標(biāo)的模擬噪聲的增大抑制到最小限度。因而,可以謀求抑制S/N的惡化,實(shí)現(xiàn)更有效地降低模擬噪聲的影響的級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器。
另外,由于在噪聲除去電路中補(bǔ)償各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中的限制增益,在進(jìn)行增益定標(biāo)時(shí),可以將抽取過(guò)濾器的增益固定在例如1上,因此,在δ-∑調(diào)制型模數(shù)變換器的設(shè)計(jì)中,不需要考慮后級(jí)的抽取過(guò)濾器,可以增加設(shè)計(jì)的自由度。
再者,如果在噪聲除去電路中與各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分上,設(shè)置個(gè)別設(shè)定增益限制值的增益設(shè)定器,則在每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路上,可以正確進(jìn)行增益補(bǔ)償,可以減小誤差。
還有,最好增益限制部件對(duì)應(yīng)于各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路內(nèi)的積分電路的次數(shù)將反饋參考電壓設(shè)定在不同的值上。
圖1是表示在本發(fā)明的第一實(shí)施例中使用了1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器電路之結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是表示在本發(fā)明的第二實(shí)施例中使用了1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器電路之結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖3是表示使用了現(xiàn)有技術(shù)的單級(jí)δ-∑型調(diào)制器的模數(shù)變換器電路之結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖4是表示使用了現(xiàn)有技術(shù)的級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器電路之結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖5是表示圖3、圖4中的調(diào)制器的數(shù)字輸出中的噪聲的模擬輸入電平依存性的特性圖。
圖6是表示使用了現(xiàn)有技術(shù)的1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器電路之結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面,就本發(fā)明的實(shí)施例用圖1進(jìn)行說(shuō)明。
圖1表示使用了本發(fā)明的第一實(shí)施例的1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器的方框圖。
1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器58含有設(shè)有一次積分電路54的初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52;設(shè)有二次積分電路55的第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路53和噪聲除去電路59。
初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52由積分器61和局部量化器62以及1比特的數(shù)模變換器63構(gòu)成。積分器61的輸入信號(hào)是,用加減法器65從外部輸入的模擬輸入信號(hào)中減去數(shù)模變換器63生成的反饋參考電壓通過(guò)放大器64后得到的信號(hào)后的信號(hào)。局部量化器62將積分器61的輸出量化成1比特?cái)?shù)字信號(hào)。數(shù)模變換器63從局部量化器62的數(shù)字輸出Y1生成上述的反饋參考電壓。由積分器61和放大器64以及加減法器65構(gòu)成積分電路54。再者,也可以做成多值結(jié)構(gòu)局部量化器,也就是2比特以上的結(jié)構(gòu)。這種情況下,數(shù)模變換器也與此相一致地采用多值結(jié)構(gòu),也就是2比特以上的結(jié)構(gòu)。
第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路53由積分器71、積分器72、局部量化器73、1比特的數(shù)模變換器74構(gòu)成。積分器71的輸入信號(hào)是從初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52的量化器62的輸入和數(shù)模變換器63的輸出的差信號(hào)中,亦即從用初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52的局部量化器發(fā)生的量化誤差Q1中,用加減法器77減去由數(shù)模變換器74生成的反饋參考電壓通過(guò)放大器75后得到的信號(hào)之后的信號(hào)。積分器72的輸入信號(hào)是用加減法器77從積分器71的輸出中減去由數(shù)模變換器74生成的反饋參考電壓通過(guò)放大器76后得到的信號(hào)之后的信號(hào)。局部量化器73將積分器72的輸出量化成1比特?cái)?shù)字信號(hào)。數(shù)模變換器74從局部量化器73的數(shù)字輸出Y2生成上述反饋參考電壓。積分電路55由積分器71、72和放大器75、76以及加減法器77、78構(gòu)成。
上述的初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52的定標(biāo)系數(shù)被設(shè)定為A1(A1為1以上的任意數(shù)值),第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路53的定標(biāo)系數(shù)被設(shè)定為A2(A2為1以上的任意數(shù)值)。由于初級(jí)和第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的積分電路54,55的次數(shù)不同,定標(biāo)系數(shù)A1和A2被設(shè)定在不同的值上。其結(jié)果,在初級(jí)和第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53中,增益分別被限制在1/A1、1/A2。在本例中,定標(biāo)系數(shù)被設(shè)定在例如1/A1=1、1/A2=0.7。
上述的數(shù)模變換器63,74將初極和第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的正負(fù)反饋參考電壓設(shè)定成大于模擬輸入信號(hào)的正負(fù)規(guī)定最大電壓,并將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓從其它δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓中獨(dú)立出來(lái)進(jìn)行設(shè)定。因此,數(shù)模變換器63,74成為限制初級(jí)和第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的增益的增益限制部件。
上述增益限制部件按照例如各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路內(nèi)的積分電路的次數(shù)來(lái)設(shè)定反饋參考電壓。因而,各級(jí)反饋參考電壓按照例如積分電路的次數(shù)而成為不同的值。
另外,形成了將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的反饋參考電壓獨(dú)立于其它δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓進(jìn)行設(shè)定的結(jié)構(gòu),但是,各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的反饋參考電壓的值有設(shè)定在不同值上的情況,也有設(shè)定在相同值上的情況。要點(diǎn)是能夠根據(jù)各δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的結(jié)構(gòu)任意選擇。
還有,各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的反饋參考電壓被設(shè)定在模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓以上,亦即上述各反饋參考電壓被設(shè)定在與模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓相同的值或比它大的值上。
再者,在圖1中,記號(hào)Q1表示在局部量化器62的前后發(fā)生的量化誤差,記號(hào)Q2表示在局部量化器73的前后發(fā)生的量化誤差,記號(hào)N表示混入到模擬輸入信號(hào)的噪聲和輸入換算后的熱噪聲等量化噪聲以外的模擬噪聲。
噪聲除去電路59被連接成使其分別接受各δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的輸出信號(hào)Y1和Y2。延遲器81被連接成接受輸出Y1,當(dāng)輸出Y1的數(shù)據(jù)被送到加法器83時(shí),進(jìn)行使輸出Y1的數(shù)據(jù)相對(duì)于輸出Y2的數(shù)據(jù)時(shí)間延遲的工作。微分器82由用現(xiàn)有技術(shù)周知的方法進(jìn)行微分的數(shù)字微分器構(gòu)成。來(lái)自數(shù)字微分器82的輸出通過(guò)加法器83與延遲器81的輸出相加,成為1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器58的輸出信號(hào)Y。該輸出信號(hào)Y作為數(shù)字代碼供給數(shù)字抽取過(guò)濾器57。放大器84的增益設(shè)定成A1,放大器85的增益設(shè)定成A2。
上述的放大器84,85通過(guò)向噪聲除去電路59設(shè)定增益,放大器84,85相當(dāng)于補(bǔ)償在各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益的定標(biāo)補(bǔ)償部件。
另外,構(gòu)成乘法部件,該部件在噪聲除去電路59中的放大器84,85被設(shè)置在設(shè)于與各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53相接的輸入部分的延遲器81和微分器82的輸入側(cè)或輸出側(cè),在通過(guò)了延遲器81和微分器82的信號(hào)上分別乘上用以補(bǔ)償受到各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53限制的增益的系數(shù)。圖1中,放大器84,85被設(shè)置在延遲器81,微分器82的輸入側(cè),但是也可以設(shè)置在輸出側(cè)。
再者,上述的放大器84,85在噪聲除去電路59中與各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53相接的輸入部分上構(gòu)成個(gè)別地設(shè)定增益限制值的增益設(shè)定器。
結(jié)果,如果將放大器64,75的系數(shù)g1,g2設(shè)為1,將放大器76的系數(shù)g 3設(shè)為2,則1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器58的輸出Y可以用以下的傳遞函數(shù)表示。
Y1=Vin/A1+N+(1-Z-1)Q1 (5)Y2=-Q1·A1/A2+(1-Z-1)2Q2 (6)Y=Y(jié)1·A1+Y2·(1-Z-1)·A2=Vin+N·A1+(1-Z-1)3Q2·A2 (7)Dout=Y(jié)=Vin+N·A1+(1-Z-1)3Q2·A2 (8)結(jié)果,通過(guò)變更1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器58中的定標(biāo)系數(shù)A1和A2的值,可以將各δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的增益限制值各自個(gè)別地獨(dú)立設(shè)定。另外,通過(guò)將噪聲除去電路59中的增益按每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53獨(dú)立設(shè)定,可以高精度補(bǔ)償在各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53中受到限制的增益。
由于構(gòu)成積分器次數(shù)高的δ-∑調(diào)制器那樣的過(guò)負(fù)載的模擬信號(hào)輸入電平低,需要增大定標(biāo)系數(shù)。因而,在初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52中的積分電路54的次數(shù)比第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路53的積分電路55的次數(shù)小的情況下,定標(biāo)系數(shù)A1比定標(biāo)系數(shù)可以比A2小。因此,對(duì)于式(4)中表示的傳統(tǒng)的增益定標(biāo)方式,用式(8)表示的實(shí)施例比圖6的現(xiàn)有技術(shù)可以減小模擬噪聲分量(N×A)的A的值,可以降低信號(hào)頻帶內(nèi)的模擬噪聲N,可以改善S/N比。
圖2是表示采用本發(fā)明的第二實(shí)施例的1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器的模數(shù)變換器的方框圖。
本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同點(diǎn)在于,在第二級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路53中,積分器71輸入的信號(hào)是,從初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52的量化器62的輸入中,用加減法器77減去由數(shù)模變換器74生成的反饋參考電壓通過(guò)了放大器75所得到的信號(hào)后的信號(hào)。其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例相同。
在第二實(shí)施例中,例如,若將放大器64,75的系數(shù)g1,g2設(shè)為1,將放大器76的系數(shù)g3設(shè)為2,則1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器58的輸出Y可以用以下的傳遞函數(shù)表示。
Y1=Vin/A1+N+(1-Z-1)Q1(9)Y2=(Y1-Q1)·A1/A2+(1-Z-1)2Q2(10)Y=Y(jié)1·A1+Y2·(1-Z-1)A2=Vin(2-Z-1)+N·A1·(2-Z-1)+(1-Z-1)3Q2·A2+(1-Z-1)2·Q1·A1 (11)Dout=Y(jié)=Vin(2-Z-1)+N·A1·(2-Z-1)+(1-Z-1)3Q2·A2+(1-Z-1)2·Q1·A1 (12)結(jié)果,通過(guò)變更1∶2級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器58中的定標(biāo)系數(shù)A1和A2的值,可以將各δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53的增益限制值分別個(gè)別地獨(dú)立設(shè)定。另外,通過(guò)將噪聲除去電路59中的增益按每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53獨(dú)立設(shè)定,可以高精度補(bǔ)償各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路52,53中受到限制的增益。因而,與圖1一樣可降低信號(hào)頻帶內(nèi)的模擬噪聲N,可以改善S/N比。
本發(fā)明各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的積分電路也可以用于作為X1次、X2次、…Xn次那樣的n級(jí)的X1X2…Xn級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器。這時(shí),通過(guò)將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的定標(biāo)系數(shù)分別設(shè)定為A1、A2、…An,并對(duì)應(yīng)于連接至噪聲除去電路的各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路將噪聲除去電路內(nèi)的放大器的增益設(shè)定為A1、A2、…An即可實(shí)現(xiàn)。
另外,增益定標(biāo)時(shí),由于可以將抽取過(guò)濾器57的增益固定在例如1的狀態(tài)下,在δ-∑調(diào)制型模數(shù)變換器的設(shè)計(jì)中,不需要考慮后級(jí)的抽取過(guò)濾器,可以增加設(shè)計(jì)的自由度。
權(quán)利要求
1.一種級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其中設(shè)有由最大電壓被規(guī)定的第一模擬輸入信號(hào)和第一反饋參考電壓作為輸入的第一積分電路、將所述第一積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第一局部量化器以及從所述第一局部量化器的數(shù)字輸出生成所述第一反饋參考電壓的第一數(shù)模變換器構(gòu)成的初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路;由將前級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸入與數(shù)模變換器的輸出的差信號(hào)構(gòu)成的第二模擬輸入信號(hào)和第二反饋參考電壓作為輸入的第二積分電路、將所述第二積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第二局部量化器以及從所述第二局部量化器的數(shù)字輸出生成所述第二反饋參考電壓的第二數(shù)模變換器構(gòu)成的,與所述初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路級(jí)聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路;以及對(duì)于初級(jí)和第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路,通過(guò)將使各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸出用延遲器延遲后的輸出和次級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸出用微分器微分后的輸出相加后的值作為輸出信號(hào),消除各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的量化噪聲的噪聲除去電路;還設(shè)有通過(guò)將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓設(shè)為所述模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓以上,并將所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓獨(dú)立于其他δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓進(jìn)行設(shè)定,限制各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的增益的增益限制部件;以及通過(guò)按每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路獨(dú)立地設(shè)定所述噪聲除去電路的增益,補(bǔ)償所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益的定標(biāo)補(bǔ)償部件。
2.如權(quán)利要求1所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于所述第一積分電路將所述第一模擬輸入信號(hào)與所述第一反饋參考電壓之差進(jìn)行積分。
3.如權(quán)利要求1所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于所述增益限制部件按照所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路內(nèi)的積分電路的次數(shù)來(lái)設(shè)定反饋參考電壓。
4.如權(quán)利要求1所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于在所述噪聲除去電路中與所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分上設(shè)置所述延遲器和所述微分器;所述定標(biāo)補(bǔ)償部件由被設(shè)置在設(shè)于所述噪聲除去電路中與所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分的所述延遲器和所述微分器的輸入側(cè)或輸出側(cè)的、在通過(guò)所述延遲器和所述微分器的信號(hào)上分別乘上用以補(bǔ)償在所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路受到限制的增益的系數(shù)的乘法部件構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于所述定標(biāo)補(bǔ)償部件含有在所述噪聲除去電路中與所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分個(gè)別地設(shè)定增益限制值的增益設(shè)定器。
6.一種級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其中設(shè)有由將最大電壓被規(guī)定的第一模擬輸入信號(hào)和第一反饋參考電壓作為輸入的第一積分電路、將所述第一積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第一局部量化器以及從所述第一局部量化器的數(shù)字輸出生成所述第一反饋參考電壓的第一數(shù)模變換器構(gòu)成的初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路;由將前級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸入構(gòu)成的第二模擬輸入信號(hào)和第二反饋參考電壓作為輸入的第二積分電路、將所述第二積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的第二局部量化器以及從所述第二局部量化器的數(shù)字輸出生成所述第二反饋參考電壓的第二數(shù)模變換器構(gòu)成的,與所述初級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路級(jí)聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路;以及對(duì)于初級(jí)和第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路,通過(guò)將使各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸出用延遲器延遲后的輸出和將次級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的局部量化器的輸出用微分器微分后的輸出相加后的值作為輸出信號(hào),消除各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的量化噪聲的噪聲除去電路;還設(shè)有通過(guò)將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓設(shè)為所述模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓以上,并將所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓獨(dú)立于其他δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓進(jìn)行設(shè)定,限制各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的增益的增益限制部件;以及通過(guò)按每級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路獨(dú)立地設(shè)定所述噪聲除去電路的增益,補(bǔ)償所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益的定標(biāo)補(bǔ)償部件。
7.如權(quán)利要求6所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于所述第一積分電路將所述第一模擬輸入信號(hào)與所述第一反饋參考電壓之差進(jìn)行積分。
8.如權(quán)利要求6所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于所述增益限制部件按照所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路內(nèi)的積分電路的次數(shù)設(shè)定反饋參考電壓。
9.如權(quán)利要求6所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于所述噪聲除去電路中,在與所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分設(shè)置所述延遲器和所述微分器;所述定標(biāo)補(bǔ)償部件被設(shè)置在所述噪聲除去電路中與所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分上的所述延遲器和微分器的輸入側(cè)或輸出側(cè),在通過(guò)所述延遲器和所述微分器的信號(hào)上分別乘上用以補(bǔ)償所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益的系數(shù)。
10.如權(quán)利要求6所述級(jí)聯(lián)型δ-∑調(diào)制器,其特征在于所述定標(biāo)補(bǔ)償部件含有在所述噪聲除去電路中與所述各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路相接的輸入部分個(gè)別地設(shè)定增益限制值的增益設(shè)定器。
全文摘要
以由將模擬輸入信號(hào)與反饋參考電壓之差積分的積分電路、將積分電路的輸出量化成數(shù)字信號(hào)的局部量化器以及從局部量化器的數(shù)字輸出生成反饋參考電壓的數(shù)模變換器構(gòu)成的δ-∑調(diào)制型電路作為單位級(jí),將多個(gè)單位級(jí)進(jìn)行級(jí)聯(lián)連接。第二級(jí)以后的δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路將前級(jí)量化器的輸入與前級(jí)數(shù)模變換器的輸出的差信號(hào)作為模擬輸入信號(hào)。將各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的反饋參考電壓個(gè)別地設(shè)定成大于模擬輸入信號(hào)的規(guī)定最大電壓來(lái)限制各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路的增益,在噪聲除去電路上設(shè)置增益設(shè)定器,以大致補(bǔ)償各級(jí)δ-∑調(diào)制型量化環(huán)路中受到限制的增益。
文檔編號(hào)H03M3/02GK1578156SQ20041006360
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者犬飼文人, 橫山明夫, 小林仁 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社