專利名稱：信號壓縮器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號壓縮器，特別是用于調(diào)頻通訊系統(tǒng)中的全差分音頻壓縮器。
背景技術(shù)：
信號壓縮和擴(kuò)展是調(diào)頻(FM)無線通訊系統(tǒng)中的重要信號處理單元。通訊理論證明基帶信號的壓縮和擴(kuò)展對信號傳輸?shù)男旁氡扔忻黠@的改善。壓縮擴(kuò)展器包括兩個(gè)獨(dú)立部分，即壓縮和擴(kuò)展。壓縮擴(kuò)展是對信號的幅度的均方根(RMS)值而言，標(biāo)準(zhǔn)的壓縮擴(kuò)展波形如附圖一所示。壓縮擴(kuò)展器廣泛應(yīng)用于調(diào)頻(FM)通訊系統(tǒng)中以提高輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍。早期的壓縮擴(kuò)展器都采用雙極型工藝，CMOS壓縮擴(kuò)展器只是近幾年才實(shí)現(xiàn)。詳見[1]Karou Takasuka et al，″A Sigma-Delta Based Square-LawCompandor，″IEEE Custom Integrated Circuits Conference，Boston，Massachusetts，pp.12.7.1-12.7.4，1990。[2]Philips productspecification，IC17 data handbook。[3]Huang Qiuting，″MonolithicCMOS Compandors Based on SD Oversampling，″IEEE InternationalSymposium on Circuits and Systems，San Diego，California，pp.2649-2652，May 1992。
現(xiàn)有的壓縮擴(kuò)展器有兩種類型一，雙極型壓縮擴(kuò)展器。
二，CMOS型壓縮擴(kuò)展器。
雙極型壓縮擴(kuò)展器具有不易和其他電路集成為SOC和需要多個(gè)外接元件的缺點(diǎn)；而現(xiàn)有的CMOS壓縮擴(kuò)展器從某種意義上說是采用數(shù)字信號處理來達(dá)到壓縮和擴(kuò)展功能，因此一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且非常占用芯片面積，并仍然需要外掛元件，增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決以上問題，提供一種信號壓縮器，結(jié)構(gòu)簡單，不需外掛元件，降低成本。
其中信號壓縮器包括運(yùn)算放大器、全波整流和低通濾波裝置、乘法器、電壓電流轉(zhuǎn)換以及電阻；輸入信號通過電阻連接到運(yùn)算放大器的輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端即為壓縮器的輸出；運(yùn)算放大器的輸出端同時(shí)連接到全波整流和低通濾波裝置的輸入以及乘法器的輸入端，全波整流和低通濾波裝置的輸出端與乘法器的另兩個(gè)輸入端相連，乘法器的輸出連接到電壓電流轉(zhuǎn)換裝置，電壓電流轉(zhuǎn)換的輸出連到運(yùn)算放大器的輸入端。
相應(yīng)地，信號擴(kuò)展器包括運(yùn)算放大器、全波整流和低通濾波裝置、乘法器、電壓電流轉(zhuǎn)換以及電阻；所述全波整流和低通濾波裝置的兩個(gè)輸入端與輸入信號相連，輸出端和乘法器的兩個(gè)輸入端相連，乘法器的另兩個(gè)輸入端與輸入信號相連，其兩個(gè)輸出端分別經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換器與求和裝置相連，求和裝置的輸出端為信號輸出端。
所述全波整流和低通濾波裝置內(nèi)部模塊包括全波整流模塊和低通濾波模塊；全波整流模塊后接低通濾波模塊。
所述低通濾波模塊由開關(guān)電容和普通電容C，所述開關(guān)電容和普通電容C輸入端接整流部分的輸出端，其輸出端通過普通電容C接地，其輸出端同時(shí)還作為整個(gè)電路的輸出端。
采用以上方案的有益效果由于直接對模擬信號進(jìn)行巧妙處理，不需用模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理器，因此結(jié)構(gòu)簡單，成本低，不需外掛元件，可以用CMOS工藝完成每個(gè)信號處理單元。
全波整流后開關(guān)電容的設(shè)置則使得在只占用較小的硅片面積的情況下，實(shí)現(xiàn)了所有元件的片上集成。


圖1是壓縮擴(kuò)展系統(tǒng)信號傳輸特性示意圖。
圖2是本實(shí)用新型壓縮器實(shí)施例示意圖。
圖3是本實(shí)用新型擴(kuò)展器實(shí)施例示意圖。
圖4是本實(shí)用新型壓縮器和擴(kuò)展器中所用到的全波整流和低通濾波裝置實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
本專利申請所提出的用于調(diào)頻(FM)通訊系統(tǒng)中的全差分音頻壓縮擴(kuò)展器，其目的在于提高輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍的前提下，徹底消除外掛元器件，提高芯片的集成度，從而節(jié)約成本。如圖1所示。
它分為壓縮和擴(kuò)展兩個(gè)獨(dú)立部分。
一、compressor(壓縮)壓縮應(yīng)用于信號的發(fā)射通路，從拾音器麥克風(fēng)進(jìn)入系統(tǒng)的信號通常具有較大的動(dòng)態(tài)范圍，在用模擬信號處理的方法的系統(tǒng)中(如無線對講機(jī))，若直接對麥克風(fēng)輸出信號進(jìn)行傳輸處理往往會使信號失真，從降低了傳輸信號的信噪比，影響通話質(zhì)量。
本設(shè)計(jì)的解決辦法是將輸入信號的均方根值進(jìn)行平方根變換，使得輸入信號的幅度在大于某一參考值時(shí)，壓縮增益隨著輸入信號的幅度的增大而減小，當(dāng)輸入信號的幅度在小于此參考值時(shí)，壓縮增益隨著輸入信號的幅度的增大而增大。
數(shù)學(xué)表達(dá)式為Gain＝A*[Vin(avg)]**(-0.5)式中Vin(avg)表示Vin的平均值(平均是對信號的幅度而言，是在時(shí)間域上求平均)。上式可擴(kuò)展到負(fù)n次方根，其中n大于1即可。
方案實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖如圖2所示。
由圖2可知，所述求平均運(yùn)算器包括求和裝置1和全波整流及低通濾波電路2，求和裝置1的輸出端和全波整流和低通濾波裝置2的輸入端相連；所述求方根變換器包括乘法器3，所述乘法器3其中有兩個(gè)輸入端與全波整流和低通濾波裝置2相連，另有兩個(gè)輸入端與求和裝置1相連；乘法器3的兩個(gè)輸出端分別經(jīng)兩個(gè)電壓電流轉(zhuǎn)換器4接到求和裝置1的兩個(gè)輸入端。
如圖4所示，所述全波整流和低通濾波裝置2中的濾波部分包括開關(guān)電容21和普通電容C，所述開關(guān)電容21和普通電容C輸入端接整流部分的輸出端，其輸出端通過普通電容C接地，其輸出端同時(shí)還作為整個(gè)電路的輸出端。這里開關(guān)電容相當(dāng)于一個(gè)大電阻，由于其電阻可以做到很大，相應(yīng)地濾波電容就可以很小，這樣就便于集成。
本設(shè)計(jì)方案的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于采用CMOS工藝完成每個(gè)信號處理單元。最為突出之處為全波整流的設(shè)計(jì)。一般地，全波整流后有很大紋波，傳統(tǒng)上都用RC進(jìn)行濾波，在本設(shè)計(jì)方案中用開關(guān)電容進(jìn)行濾波，從而在只占用較小的硅片面積的情況下，實(shí)現(xiàn)了所有元件的片上集成。
二、expander(擴(kuò)展)擴(kuò)展是壓縮的反過程，它是把接收到的經(jīng)過compressor壓縮過的信號還原的過程。包括求平均運(yùn)算和求n次方變換，其中n大于1。
數(shù)學(xué)表達(dá)式為Gain＝B*Vin(avg)式中Vin(avg)表示Vin的平均值。注意這里的輸入信號Vin是經(jīng)過上述壓縮器壓縮后的信號。
實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展系統(tǒng)的方案只是將壓縮系統(tǒng)中的單元重新組合，如圖3所示。所示例子為求二次方變換，所述求2次方變換器包括全波整流和低通濾波裝置2和乘法器3，求平均運(yùn)算器包括求和裝置1；所述全波整流和低通濾波裝置2的兩個(gè)輸入端與輸入信號相連，輸出端和乘法器3的兩個(gè)輸入端相連，乘法器3的另兩個(gè)輸入端與輸入信號相連，其兩個(gè)輸出端分別經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換器4與求和裝置1相連，求和裝置1的輸出端為信號輸出端。
與壓縮器中一樣，擴(kuò)展器中的全波整流和低通濾波裝置2中的濾波部分也是用開關(guān)電容21代替普通電阻實(shí)現(xiàn)濾波，如圖4所示。
本設(shè)計(jì)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本設(shè)計(jì)采用全差分結(jié)構(gòu)，雙端輸入雙端輸出，具有優(yōu)良的抗電源噪聲性能。2、全部元件片上集成，無外掛元件，面積小，成本低。3、采用CMOS工藝，低電壓，低功耗，可與數(shù)字電路集成在單芯片上。
權(quán)利要求1.一種信號壓縮器，包括運(yùn)算放大器(1)、全波整流和低通濾波裝置(2)、乘法器(3)、電壓電流轉(zhuǎn)換(4)以及電阻；其特征是輸入信號通過電阻連接到運(yùn)算放大器(1)的輸入端，運(yùn)算放大器(1)的輸出端即為壓縮器的輸出；運(yùn)算放大器(1)的輸出端同時(shí)連接到全波整流和低通濾波裝置(2)的輸入以及乘法器(3)的輸入端，全波整流和低通濾波裝置(2)的輸出端與乘法器(3)的另兩個(gè)輸入端相連，乘法器(3)的輸出連接到電壓電流轉(zhuǎn)換(4)裝置，電壓電流轉(zhuǎn)換(4)的輸出連到運(yùn)算放大器(1)的輸入端。
2.權(quán)利要求1所述的信號壓縮器，其特征是所述全波整流和低通濾波裝置(2)內(nèi)部模塊包括全波整流模塊(21)和低通濾波模塊(22)；全波整流模塊(21)后接低通濾波模塊(22)。
3.如權(quán)利要求2所述的信號壓縮器，其特征是所述低通濾波模塊(22)由開關(guān)電容和普通電容(C)，所述開關(guān)電容(21)和普通電容(C)輸入端接整流部分的輸出端，其輸出端通過普通電容(C)接地，其輸出端同時(shí)還作為整個(gè)電路的輸出端。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種信號壓縮器，用運(yùn)算放大器、全波整流和低通濾波裝置、乘法器、電壓電流轉(zhuǎn)換以及電阻實(shí)現(xiàn)。由于直接對模擬信號進(jìn)行巧妙處理，不需用模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理器，因此結(jié)構(gòu)簡單，成本低，不需外掛元件，可以用CMOS工藝完成每個(gè)信號處理單元。而全波整流和低通濾波裝置中的濾波部分用開關(guān)電容代替電阻，使得在只占用較小的硅片面積的情況下，實(shí)現(xiàn)了所有元件的片上集成。
文檔編號H03D3/00GK2718905SQ03234918
公開日2005年8月17日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者華開武 申請人:深圳源核微電子技術(shù)有限公司