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积分-微分调变装置及积分-微分调变方法与流程

2022-02-24 16:17:02 来源:中国专利 TAG:
1.本发明申请涉及一种数字模拟转换器(digital-to-analogconverter,dac)或模拟数字转换器(analog-to-digitalconverter,adc),特别是关于一种积分-微分调变(sigma-deltamodulation)装置及积分-微分调变方法。
背景技术
::2.积分-微分调变器(sigma-deltamodulator)常用于数字模拟转换器(dac)以及模拟数字转换器(adc)。而积分-微分调变器的稳定性受限于输入信号的大小(例如:信号振幅的大小),过大的输入信号会造成不稳定(unstable)。3.因此,如何设计出同时具有足够大的输入上限及动态范围(dynamicrange)良好的积分-微分调变器是本领域的重要课题。技术实现要素:4.本本发明申请的一种技术方案是关于一种积分-微分调变装置,包含检测电路及积分-微分调变器。该检测电路用以检测输入信号以产生检测信号,并比较检测信号及阈值以产生控制信号。积分-微分调变器耦接检测电路。积分-微分调变器用以储存多个噪声转移函数,根据控制信号选择噪声转移函数中的一个函数,并根据被选择的此噪声转移函数将输入信号转换为输出信号。5.本发明申请内容的另一种技术方案是关于一种积分-微分调变方法,适用于积分-微分调变装置。该积分-微分调变装置包含积分-微分调变器。该积分-微分调变器用以储存多个噪声转移函数。积分-微分调变方法包含:检测积分-微分调变器的输入信号以产生检测信号;比较检测信号及阈值以产生控制信号;根据控制信号选择噪声转移函数中的一个函数;以及根据被选择的此噪声转移函数将输入信号转换为输出信号。6.综上所述,通过检测输入信号的特定参数大小变化以产生相应的控制信号来动态切换不同的噪声转移函数,使得积分-微分调变器能维持良好的动态范围和稳定性。附图说明图1为积分-微分调变器的总谐波失真加噪音对输入信号振幅的关系示意图。图2为根据本发明申请内容的实施例的一种积分-微分调变装置的示意图。图3为根据本发明申请内容的实施例的多个噪声转移函数的总谐波失真加噪音对输入信号振幅的关系示意图。图4为根据本发明申请内容的实施例的一种接口连接方法的流程图。7.符号说明:100:积分-微分调变装置120:检测电路121:包络检波器122:比较电路140:积分-微分调变器din:输入信号dout:输出信号ds:检测信号th:振幅阈值cs:控制信号fa、fb:噪声转移函数t0、ta、tb:总谐波失真加噪音lim0、lim1、lim2:输入上限400:积分-微分调变方法s410~s440:操作具体实施方式8.下文是结合附图对实施例进行详细说明,但所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用来限定本发明申请,而结构操作的描述并非用以限制其执行的顺序,任何由组件重新组合的结构,所产生具有同等功效的装置,都属于本发明申请内容所涵盖的范围。9.参考图1。图1为积分-微分调变器的总谐波失真加噪音(totalharmonicdistortionplusnoise,thd n)对输入信号振幅的关系示意图。如图1所示,当输入信号振幅(单位为分贝(db))未超过数值lim0时,总谐波失真加噪音(单位为分贝(db))约为t0,其变化程度相对平稳。而当输入信号振幅超过数值lim0时,总谐波失真加噪音会急遽上升。也就是说,当积分-微分调变器所接收的输入信号的振幅大于数值lim0时,积分-微分调变器所产生的输出信号中谐波及噪声等成分的比例会大幅增加。即,当输入信号的振幅大于特定数值后,输出信号相对于输入信号会大幅度的失真。10.换言之,积分-微分调变器能够稳定处理并产生相对精确的输出信号的输入信号的振幅上限值,称之为输入上限(即,数值lim0),如图1所示,当输入信号的振幅超过输入上限lim0时,其输出信号的总谐波失真加噪音便会大幅增加,也就是说,当输入信号超过这个输入上限lim0时,输出信号的实质内容将被失真与噪音掩盖,一般来说,理想的积分-微分调变器所能达到的输入上限愈高愈好。11.另一方面,当未输入任何输入信号(输入信号的振幅为零时),此时输出的总谐波失真加噪音的强度又称为底噪,如图1所示的例子中,此积分-微分调变器其底噪的信号强度t0。一般来说,积分-微分调变器的最大有效输出(例如未明显失真的最大信号输出强度,图中未示)与底噪(如信号强度t0)之间的强度差距称为动态范围(dynamicrange),简单地说,动态范围也可以理解为积分-微分调变器的最小输出强度到最大输出强度之间的信号强度差。一般来说,理想的积分-微分调变器所能达到的动态范围愈大愈好。12.请参考图2。图2为根据本发明申请内容的实施例的一种积分-微分调变装置100的示意图。积分-微分调变装置100可用于数字模拟转换器(dac)以及模拟数字转换器(adc)。如图2所示,积分-微分调变装置100包含检测电路120以及积分-微分调变器140。结构上,积分-微分调变器140耦接于检测电路120。13.在部分实施例中,检测电路120包含包络检波器(envelopedetector)121以及比较电路122。具体而言,包络检波器121耦接于比较电路122。比较电路122耦接于积分-微分调变器140。实作上,比较电路120可由运算放大器或其他具有判断电压大小功能的电路来实现。值得注意的是,图2中所示的检测电路120仅为方便说明的例子,并非用以限制本发明。本领域具有通常知识者可依据实际需求调整或增加其他组件。14.操作上,在一实施例中,检测电路120用以检测输入信号din以产生检测信号ds,并比较检测信号ds及振幅阈值th以产生控制信号cs。积分-微分调变器140用以储存多个噪声转移函数(noisetransferfunction),根据控制信号cs选择多个噪声转移函数中的一个函数,并根据此噪声转移函数将输入信号din转换为输出信号dout。在上述实施例中,检测电路120是将检测信号ds的振幅大小与振幅阈值th进行比较,产生控制信号cs,但本发明申请文件并不仅仅限于此。在另一个实施例中,检测电路120可将检测信号ds的其他信号参数(例如信号的脉冲持续时间长度、信号的占空比等等)与相应的阈值比较产生控制信号cs。在后续实施例中,为了说明上的简洁,主要以检测信号ds的振幅大小与振幅阈值th进行举例说明。15.具体而言,检测电路120中的包络检波器121用以接收输入信号din,并用以检测输入信号din的振幅变化以产生检测信号ds,再输出检测信号ds至比较电路122。检测电路120中的比较电路122用以接收检测信号ds,并用以比较检测信号ds及振幅阈值th以产生控制信号cs,再输出控制信号cs至积分-微分调变器140。16.其中,积分-微分调变器140通过噪声转移函数以对量化噪声(quantizationnoise)进行噪声整形(noiseshaping),将量化噪声移向高频频段,以降低积分-微分调变器140中量化噪声造成的影响,从而提升输出信号dout的质量。17.进一步来说,积分-微分调变器140可储存一个以上且具有函数映像关系不同的噪声转移函数。请参考图3。图3为根据本发明申请内容的实施例的多个噪声转移函数fa及fb的总谐波失真加噪音对输入信号振幅的关系示意图。在部分实施例中,积分-微分调变器140储存有两个不同的噪声转移函数fa及fb。但是,此两噪声转移函数fa及fb仅为方便说明的示范例,不用于限制本发明。即,在其他部分实施例中,积分-微分调变器140可存有超过两个以上且函数映像关系不同的噪声转移函数。18.如图3所示,噪声转移函数fa具有输入上限lim1。当输入信号的振幅低于lim1时,噪声转移函数fa的总谐波失真加噪音的数值较平稳地维持在ta附近(后称噪声转移函数fa的总谐波失真加噪音的稳定值)。另一方面,噪声转移函数fb具有输入上限lim2。当输入信号的振幅低于lim2时,噪声转移函数fb的总谐波失真加噪音的数值较平稳地维持在tb附近(后称噪声转移函数fb的总谐波失真加噪音的稳定值)。其中,噪声转移函数fa的输入上限lim1小于噪声转移函数fb的输入上限lim2,噪声转移函数fa的总谐波失真加噪音ta的稳定值小于噪声转移函数fa的总谐波失真加噪音tb的稳定值。换言之,噪声转移函数fa具有较佳(数值较低)的总谐波失真加噪音,但其输入上限lim1较低。一般来说当积分-微分调变器140的输入信号与输出信号的强度为正相关,当积分-微分调变器140的输入信号强度愈大时,相应地输出信号的强度也愈大。因此,若积分-微分调变器140采用的噪声转移函数fa其输入上限lim1较低时,相应地积分-微分调变器140的有效输出信号最大值也会降低,使得积分-微分调变器140的动态范围较窄。19.另一方面,噪声转移函数fb具有较差(数值较高)的总谐波失真加噪音,但其输入上限lim2较高。因此,若积分-微分调变器140采用的噪声转移函数fb其输入上限lim2较高时,相应地积分-微分调变器140的有效输出信号最大值也会提高,使得积分-微分调变器140的动态范围较宽。20.在本实施例中,可将振幅阈值th设置为小于等于噪声转移函数fa的输入上限lim1,但本发明申请并不限于此。在此状况下,当根据输入信号din所产生的检测信号ds的振幅未大于振幅阈值th时,比较电路122用以产生第一控制信号,使得积分-微分调变器140根据第一控制信号选择噪声转移函数fa,以取得较佳(数值较低)的总谐波失真加噪音ta。反之,当检测信号ds的振幅大于振幅阈值th(时,比较电路122用以产生第二控制信号,使得积分-微分调变器140根据第二控制信号选择噪声转移函数fb,以增加积分-微分调变器140可容许的输入信号振幅上限(即,由噪声转移函数fa对应的输入上限lim1转换为噪声转移函数fb对应的输入上限lim2)。21.即,在检测信号ds的振幅小于输入上限lim1时,积分-微分调变器140选用总谐波失真加噪音的稳定值相对小(即ta)的噪声转移函数fa;在检测信号ds的振幅大于输入上限lim1时(此时若继续使用噪声转移函数fa将造成大幅失真),积分-微分调变器140选用总谐波失真加噪音的稳定值相对大(即tb)但仍不会失真的噪声转移函数fb。如此一来,由于不同的噪声转移函数(如,fa及fb)有不同的输入上限(如,lim1及lim2)以及总谐波失真加噪音(如,ta及tb),因此,通过切换不同的噪声转移函数,积分-微分调变器140便能动态地随着输入信号din的振幅大小变化选择良好的动态范围且维持信号稳定性。22.参考图4。图4为根据本发明申请内容的实施例的一种积分-微分调变方法400的流程图。具体而言,积分-微分调变方法400是应用于积分-微分调变装置100。为方便及清楚说明起见,下述积分-微分调变方法400是配合图2及图3所示实施例进行说明,但不限于此,任何本领域技术人员,在不脱离本发明申请内容的精神和范围内,当可对作各种修改与调整。如图4所示,积分-微分调变方法400包含操作s410、s420、s430以及s440。23.首先,在操作s410中,检测积分-微分调变器140的输入信号din以产生检测信号ds。具体而言,由包络检波器121检测输入信号din的振幅变化以产生检测信号ds。24.接着,在操作s420中,比较检测信号ds和振幅阈值th以产生控制信号cs。具体而言,由比较电路122比较检测信号ds及振幅阈值th。当检测信号ds的振幅未大于振幅阈值th时,比较电路122产生第一控制信号。反之,当检测信号ds的振幅大于振幅阈值th时,比较电路122产生第二控制信号。25.接着,在操作s430中,根据控制信号cs选择多个噪声转移函数fa、fb中的一个函数。具体而言,由积分-微分调变器140根据自比较电路122所产生的控制信号,从积分-微分调变器140所储存的多个噪声转移函数fa、fb中选择一个。举例来说,积分-微分调变器140根据第一控制信号选择噪声转移函数fa,或者根据第二控制信号选择噪声转移函数fb。26.值得注意的是,在其他部分实施例中,可由积分-微分调变器140根据自比较电路122所产生的控制信号,调整积分-微分调变器140所储存的噪声转移函数的参数,以切换使用不同表现的噪声转移函数,从而权衡输入上限与总谐波失真加噪音。27.接着,在操作s440中,根据被选择的此噪声转移函数将输入信号din转换为输出信号dout。具体而言,由积分-微分调变器140根据在操作s430中所选定的噪声转移函数,将输入信号din转换为输出信号dout。28.接下来,图3中实施例的噪声转移函数fa及fb仅为示例,在其他实施例中,若选用多个具有不同输入上限以及总谐波失真加噪音稳定值的噪声转移函数,积分-微分调变器140可具有较图3实施例所示的更宽广的动态范围可选择,可更进一步地降低积分-微分调变器140的失真机率。29.应理解,本发明申请的目的在于测量输入信号是否可能造成系统不稳定,以动态地提供更佳的噪声转移函数。而在前述实施例中,主要系以检测输入信号的振幅来与特定阈值进行比较,属于较直接的判断方式,但本发明申请不限于此。在一些实施例中,可以检测输入信号的其他指针(如能量等)来间接地达到同样目的。30.虽然本文将所公开的方法示出和描述为一系列的步骤或事件,但是应当理解,所示出的这些步骤或事件的顺序不应解释为限制意义。例如,部分步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文所示和/或所描述的步骤或事件以外的其他步骤或事件同时发生。另外,实施本文所描述的一个或多个技术方案或实施例时,并非所有在此示出的步骤都是必需的。此外,本文中的一个或多个步骤可能在一个或多个分离的步骤和/或阶段中执行。31.综上所述,通过检测输入信号din的振幅大小变化以产生相应的控制信号来动态切换不同的噪声转移函数(如,fa及fb),使得积分-微分调变器140能维持良好的动态范围和稳定性。32.虽然本发明申请内容已通过具体实施方式公开如上,但是其并非用以限定本发明申请内容,本领域普通技术人员在不脱离本发明申请内容的构思和范围,应当可作各种修改或调整,因此本发明申请内容的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。当前第1页12当前第1页12
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