專利名稱：數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明公開一種高分辨率/高采樣率的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的新穎性結(jié)構(gòu)。該數(shù)字轉(zhuǎn)換器打算用于具有數(shù)字信號(hào)處理的無線電接收機(jī)，并且特別適合于用于檢測(cè)和定位無線電頻率發(fā)射機(jī)的定向儀系統(tǒng)。
現(xiàn)代無線電接收機(jī)經(jīng)常使用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)以處理接收到的信號(hào)。所述接收機(jī)使用具有在接收鏈某處的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器的模擬前端。理論上，A/D轉(zhuǎn)換器在比特率和比特分辨率上應(yīng)該具有盡可能高的分辨率，以例如在具有很少轉(zhuǎn)換步驟的接收機(jī)中采樣高頻信號(hào)或者覆蓋較大的頻帶。
雖然商業(yè)上可用的A/D轉(zhuǎn)換的性能穩(wěn)定增加，但是仍舊面臨著以下問題，即選擇使用具有快速采樣率和很少比特的A/D轉(zhuǎn)換器或者使用具有較高分辨率和較慢采樣率的轉(zhuǎn)換器。
在所謂的“增益測(cè)距(gain ranging)”技術(shù)中，具有可編程增益的放大器位于A/D轉(zhuǎn)換器之前。邏輯單元控制放大器的增益以擴(kuò)展數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。其他的措施堆疊多個(gè)快速/較少比特A/D轉(zhuǎn)換器以獲得具有高比特分辨率的合成快速轉(zhuǎn)換器。其通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，即通過將轉(zhuǎn)換器連接到具有不同增益的多個(gè)放大器和轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)的比特棧。Stagetech公司銷售用于音頻使用的這種數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，并且也可以從海洋測(cè)深器獲知。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比提高了效率。
該目標(biāo)在所附專利權(quán)利要求所要求的裝置中實(shí)現(xiàn)。
特別地，本發(fā)明涉及使用具有不同采樣頻率的兩個(gè)堆疊的A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
附圖的簡(jiǎn)要說明以下參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中

圖1說明了本發(fā)明的數(shù)字轉(zhuǎn)換器在定向儀系統(tǒng)的接收機(jī)鏈中的特殊應(yīng)用，圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的接收機(jī)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖，圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的包括兩個(gè)堆疊層的A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，圖4是說明通過兩個(gè)具有不同采樣頻率的A/D轉(zhuǎn)換器如何次采樣(under-sampled)輸入信號(hào)的示意性頻域圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述首先，我們給出可以采用本發(fā)明的定向儀系統(tǒng)的概述。如圖1所示，定向儀系統(tǒng)包括位于左邊的天線單元1，其從多個(gè)發(fā)射機(jī)源接收RF信號(hào)。該信號(hào)被發(fā)送到位于中央的RF單元2，信號(hào)在此被放大，下變頻到基帶并被解調(diào)。將解調(diào)信號(hào)發(fā)送到處理單元3以進(jìn)行處理和分析。標(biāo)題為“Anantenna arrangement”的共同懸而未決的專利申請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述了天線單元1，標(biāo)題為“Arrangements for receiving channels in a direction-findingsystem”的共同未決的專利申請(qǐng)公開了RF單元的細(xì)節(jié)。
簡(jiǎn)而言之，天線裝置包括以2×2關(guān)系安裝的四個(gè)天線面板，以及可以安裝在天線單元中央的全方向防護(hù)天線。
圖2示出了圖1中定向儀系統(tǒng)的接收機(jī)和處理器部件。該接收機(jī)部件包括四個(gè)相位信道和一個(gè)防護(hù)信道。該圖示出了接收機(jī)鏈所包括的主要組件，即，放大器21、混頻器22和帶通濾波器23。在帶通濾波器23之后，在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字轉(zhuǎn)換器24中數(shù)字化信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)然后在以下處理器鏈中被處理，該處理器鏈包括用于執(zhí)行主數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化的門陣列25和用于執(zhí)行最后信號(hào)分析的所有鏈公共的CPU。圖2所示的接收機(jī)是具有信號(hào)中頻的超外差接收機(jī)。然而，也可以使用具有更多轉(zhuǎn)換級(jí)的接收機(jī)。通常，基帶的帶寬大約為200MHz。理想情況下，數(shù)字轉(zhuǎn)換器將以至少400MHz的采樣頻率進(jìn)行采樣以符合Nyquist理論。
圖3所示的數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括位于輸出處的反混淆濾波器31。以中斷頻率f3來設(shè)計(jì)該濾波器，該中斷頻率將進(jìn)入隨后數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信號(hào)頻率限制為數(shù)字轉(zhuǎn)換器的有效采樣率的一半。通過濾波器31的信號(hào)被饋送到兩個(gè)并聯(lián)的A/D轉(zhuǎn)換器32、33。A/D轉(zhuǎn)換器32、33以不同的采樣頻率進(jìn)行采樣(在隨后的實(shí)例中，我們假設(shè)該采樣頻率分別為70MHz和50MHz)。這利用了以下事實(shí)信號(hào)具有高達(dá)15MHz的典型帶寬，并且允許系統(tǒng)以與具有500MHz(2.5倍于總帶寬)采樣率的單個(gè)A/D相比基本上更低的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行操作。在減少采樣頻率情況下，具有高達(dá)14比特(84dB)的A/D轉(zhuǎn)換器可用，同時(shí)在500MHz情況下，分辨率通常為8比特(48dB)。數(shù)字轉(zhuǎn)換器持續(xù)采樣頻帶，并且以大約120MS/s的數(shù)據(jù)流饋送到信號(hào)處理門陣列。該信號(hào)處理門陣列將來自于兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)組合成具有14比特分辨率和350MHz采樣頻率的單個(gè)信號(hào)14。新的采樣速率應(yīng)該是兩個(gè)采樣速率的倍數(shù)，或者是該倍數(shù)進(jìn)一步的倍數(shù)。所以，具有70和50MHz的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其最低采樣速率為350MHz。
次采樣信號(hào)將顯示為在A/D轉(zhuǎn)換器通帶內(nèi)具有較低的頻率。圖4說明了本發(fā)明的原理。該圖形示出了從0延伸到f3的接收機(jī)通帶內(nèi)信號(hào)fi，f3是反混淆濾波器31的截止頻率。由于次采樣，fi將向下折疊到各個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器32、33的通帶。通過黑和較淺陰影三角來表示A/D轉(zhuǎn)換器的通帶。該三角關(guān)于半采樣頻率(也就是Nyquist頻率)對(duì)稱。在大約多倍的Nyquist頻率時(shí)出現(xiàn)折疊。較淺陰影的三角表示負(fù)頻率的區(qū)域。
如果我們僅有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，那么我們不能夠知道原始信號(hào)是否在轉(zhuǎn)換器通帶之外，以及與采樣“視在(apparent)”頻率相關(guān)的折疊率。但是，通過使用兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，可以唯一地重構(gòu)信號(hào)的頻率。
通過首先識(shí)別兩個(gè)信道中的相應(yīng)信號(hào)來執(zhí)行“重構(gòu)”過程。通過檢測(cè)信道之間的一致性來識(shí)別信號(hào)對(duì)。在積分時(shí)間1/f3上具有0.9以上相關(guān)因子的信號(hào)被認(rèn)為是有效對(duì)，而具有較低相關(guān)因子的信號(hào)被屏蔽。當(dāng)將信號(hào)上變頻回到其正確的頻率時(shí)，給定信號(hào)對(duì)的兩個(gè)頻率(即絕對(duì)頻率值)以及這兩個(gè)頻率之間的相對(duì)差值將保持用于識(shí)別正確因子以進(jìn)行使用的信息。如圖所示，將頻譜分成單個(gè)頻帶1、2、3...。在這些頻帶的每一頻帶中，A/D信道1和2中頻率之間存在特殊的關(guān)系，并且我們可以為重構(gòu)信號(hào)fi采用規(guī)則。通過以下關(guān)系給出了頻移因子nfr1＝(fi-nf1)，n＝0，1，2，3...
fr2＝(fi-mf2)，m=nn+1]]>其中fi是輸入信號(hào)的頻率，f1是A/D轉(zhuǎn)換器1的采樣率，f2是A/D轉(zhuǎn)換器2的采樣率，fr1是A/D轉(zhuǎn)換器1所記錄的輸入信號(hào)的視在頻率，fr2是A/D轉(zhuǎn)換器2所記錄的視在頻率。
n的值取決于所落入的頻帶fr1和fr2。在圖4所示的實(shí)例中，我們僅需要考慮兩種情況如果視在信號(hào)落入到兩個(gè)信道較淺黑色陰影三角內(nèi)，也就是fr1和fr2處于頻帶1內(nèi)，那么m＝n。另一情況是當(dāng)視在信號(hào)之一落入到頻帶1并且另一落入到頻帶2，那么m＝n+1。其在圖4中示出，其他的情況不適用。
所以，使用已知頻移因子n將A/D信道1中的信號(hào)上變頻，同時(shí)使用已知的并且可能不同的頻移因子m將A/D信道2中信號(hào)上變頻。當(dāng)信號(hào)進(jìn)行上變頻時(shí)，對(duì)來自A/D信道1和A/D2的信號(hào)相加?？商鎿Q地，僅將一個(gè)信道中的信號(hào)上變頻。然而，通過使用兩個(gè)信號(hào)，提高了信噪比。
雖然圖4所示實(shí)例使用兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，但是本發(fā)明的數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以使用更多的A/D轉(zhuǎn)換器。其他的選擇是將本發(fā)明的堆疊方式與引言所述現(xiàn)有技術(shù)中的多倍組合方法相組合，并且因此獲得A/D轉(zhuǎn)換器矩陣。該組合具有高比特率和高分辨率。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字化高頻模擬信號(hào)的方法，其特征在于以第一采樣頻率(f1)將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號(hào)，以第二采樣頻率(f2)將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號(hào)，使所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)相關(guān)，識(shí)別所述第一和第二數(shù)字信號(hào)之間的頻率比，根據(jù)所述頻率比確定第一調(diào)換率(n)，以第一調(diào)換率(n)將所述第一數(shù)字信號(hào)調(diào)換到較高頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)所述頻率比確定第二調(diào)換率(m)，以第二調(diào)換率(m)將所述第二數(shù)字信號(hào)調(diào)換到較高頻率，并且將第一調(diào)換過的信號(hào)加到第二調(diào)換過的信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于保留在積分時(shí)間1/f3之上具有0.9以上的相關(guān)數(shù)字的信號(hào)并且屏蔽具有較低相關(guān)率的信號(hào)，f3等于所述第一和第二采樣頻率(f1，f2)的倍數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換之前，用反混淆濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波，所述反混淆濾波器具有的截止頻率(f3)等于所述第一和第二采樣頻率(f1，f2)的倍數(shù)。
5.一種用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于第一A/D轉(zhuǎn)換器(32)，所述第一A/D轉(zhuǎn)換器被布置以第一采樣率(f1)將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號(hào)，第一采樣率(f1)低于模擬信號(hào)的頻率(fi)，第二A/D轉(zhuǎn)換器(33)，所述第二A/D轉(zhuǎn)換器被布置以第二采樣率(f2)將所述高頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號(hào)，第二采樣率(f2)低于模擬信號(hào)的頻率(fi)，以第三采樣率(f3)將所述第一和第二數(shù)字信號(hào)組合成第三數(shù)字信號(hào)的裝置，所述第三采樣率(f3)至少是所述第一和第二采樣率的倍數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于用于將第一和第二數(shù)字信號(hào)相關(guān)的裝置，該裝置被布置以屏蔽在積分時(shí)間1/f3上具有低于0.9的相關(guān)因子的信號(hào)，f3等于所述第一和第二采樣頻率的倍數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于用于識(shí)別第一和第二數(shù)字信號(hào)中相應(yīng)信號(hào)對(duì)的裝置，基于所述信號(hào)對(duì)的頻率確定第一轉(zhuǎn)換因子(n)的裝置，以所述第一轉(zhuǎn)換因子(n)將所述第一數(shù)字信號(hào)的頻率調(diào)換到第三數(shù)字信號(hào)的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于用于識(shí)別第一和第二數(shù)字信號(hào)中相應(yīng)信號(hào)對(duì)的裝置，基于所述信號(hào)對(duì)的頻率確定第一轉(zhuǎn)換因子(n)的裝置，以所述第一轉(zhuǎn)換因子(n)將所述第一數(shù)字信號(hào)的頻率調(diào)換到第四數(shù)字信號(hào)的裝置，基于所述信號(hào)對(duì)的頻率確定第二轉(zhuǎn)換因子(m)的裝置，以所述第二轉(zhuǎn)換因子(m)將所述第二數(shù)字信號(hào)的頻率調(diào)換到第五數(shù)字信號(hào)的裝置，用于將第四數(shù)字信號(hào)加到第五數(shù)字信號(hào)并且獲得所述第三數(shù)字信號(hào)的裝置。
全文摘要
一種用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置，包括第一A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一A/D轉(zhuǎn)換器被布置以第一采樣率將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號(hào)，第一采樣率低于模擬信號(hào)的頻率，第二A/D轉(zhuǎn)換器，所述第二A/D轉(zhuǎn)換器被布置以第二采樣率將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號(hào)，第二采樣率低于模擬信號(hào)的頻率，以第三采樣率將所述第一和第二數(shù)字信號(hào)組合成第三數(shù)字信號(hào)的裝置，所述第三采樣率至少是所述第一和第二采樣率的倍數(shù)。
文檔編號(hào)H03M1/12GK1957535SQ200480043173
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者J·F·哈杰姆斯塔, P·A·瓦蘭德 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司