專利名稱：一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字a/d轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)，具體 地說是關(guān)于寬帶數(shù)字通信的A/D轉(zhuǎn)換電路，主要是改善A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范 圍(Dynamic Range)。
背景技術(shù)：
當前的許多高速數(shù)字通信領(lǐng)域，模擬信號在向數(shù)字轉(zhuǎn)換的過程中，在通 過轉(zhuǎn)換器ADC之前主要進行轉(zhuǎn)換、濾波然后放大到一個特定的模擬基帶頻率。 這樣一來信號被限制在一定的頻率范圍內(nèi)，而且使得A/D轉(zhuǎn)換最后按均勻量 化方式進行(即按相同步長增長)。
然而，隨著近年來有線數(shù)字電視和移動電話技術(shù)如CDMA的興起使得寬帶 信號的應(yīng)用大幅增加，這些信號通常可以按高斯概率分布函數(shù)來估計，總體 是小幅度的信號但是有很大幅度的尖刺。因此，前述的均勻轉(zhuǎn)換器ADC的動 態(tài)范圍是不夠的，因為均勻轉(zhuǎn)換器ADC或者是犧牲小幅信號，或者是夾斷大 幅信號。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種用于寬帶通信 的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)，電路可以用一個線性轉(zhuǎn)換器ADC實現(xiàn)；在ADC 轉(zhuǎn)換器之前為一個非線性放大器，此放大器對較小信號有相對較高的增益， 對較大的信號有相對較低的增益；放大器和轉(zhuǎn)換器ADC的共同作用使得模數(shù) 轉(zhuǎn)換既禁止小幅信號(高概率)的小量化噪聲又禁止對高幅信號(低概率) 的大量化噪聲；轉(zhuǎn)換器ADC得到的信號接下來可以用反變換電路處理以保持 輸入輸出的線性關(guān)系。
本實用新型的主要解決方案是這樣實現(xiàn)的
本實用新型實現(xiàn)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換的電路，電路包括 一個非線性放大器和
一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，非線性放大器輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC輸入端相連； 所述的非線性放大器的輸出函數(shù)特性是:對高概率模擬輸入信號有較大增益，
對低概率模擬輸入信號有較小增益-,
所述的模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換電路還包括 一個反變換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器
ADC輸出端與反變換電路輸入端相連；
所需要處理的模擬輸入信號首先傳送到非線性放大器；非線性放大器按 非線性輸出函數(shù)f(x)把輸入信號放大;放大后的信號傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC; 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC實現(xiàn)這一信號的數(shù)字化；然后傳送到反變換電路；反變換電 路的輸出函數(shù)為非線性放大器輸出函數(shù)的反函數(shù)(即f_1(x));反變換電路實 現(xiàn)模擬輸入和最后數(shù)字輸出關(guān)系的線性化。 所述的非線性放大器包括-
一個有兩個輸入端(l端、2端)和一個輸出端的放大器； 一個有兩端的電阻R" —端連接輸入信號，另一端與放大器的輸入l端
相連；放大器的輸入2端接地；
另一個兩端電阻Rf，電阻Rf分別與放大器輸入1端和輸出端相連； 一個有輸入端和輸出端的二極管，輸入端與放大器端相連，輸出端與放
大器輸出端相連；
另一個有輸入端和輸出端的二極管，輸入端與放大器輸出端相連，輸出 端與放大器l端相連；
所述的高概率模擬輸入信號有相對較小幅度，低概率模擬輸入信號有相 對較大幅度。
所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC為均勻轉(zhuǎn)換器。 所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC為非均勻轉(zhuǎn)換器。 所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC為線性轉(zhuǎn)換器。 所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC為非線性轉(zhuǎn)換器。 所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC為閃速型轉(zhuǎn)換器(快速型轉(zhuǎn)換器)。 所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC為Sigma-Delta型S-A轉(zhuǎn)換器。 本實用新型與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，合理；在不夾斷大幅信號不增加額外電路 的基礎(chǔ)上對小幅信號有很好的處理能力；非均勻模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC對寬帶輸入 信號的信噪比(SNR)要高于均勻模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC;例如某含有IOQAM頻道的 輸入，其中一個頻道的能量低于其它頻道10dB (有線電視和無線通信的典型 情況)， 一個有前置開方非線性放大器的7位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的信噪比(SNR) 相對均勻7位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC會有10dB的提高；既不犧牲小幅信號又不夾斷 大幅信號的A/D轉(zhuǎn)換器。

圖l是本實用新型A/D轉(zhuǎn)換電路方框原理圖。 圖2是本實用新型非線性放大器元器件連接原理圖。
具體實施方式

下面本實用新型將結(jié)合附圖中的實施例作進一步描述
如圖l所示圖l的電路圖包括非線性放大器ll、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12和 反變換電路13。非線性放大器11輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12輸入端相連； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12輸出端與反變換電路13輸入端相連。
所需要處理的模擬輸入信號首先傳送到非線性放大器11。非線性放大器 11按非線性輸出函數(shù)f (x)把輸入信號放大。放大后的信號傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12實現(xiàn)這一信號的數(shù)字化，然后傳送到反變換電路 13。反變換電路13的輸出函數(shù)為非線性放大器11輸出函數(shù)的反函數(shù)(即 f"(x))。反變換電路13實現(xiàn)模擬輸入和最后數(shù)字輸出關(guān)系的線性化。
如圖2所示:包括放大器21，電阻R^2、電阻Rf23，匹配二極管24、 25。 放大器21可為運算放大器(op-amp)。 一個電阻I^一端連接輸入信號，另一 端與放大器21的輸入1端相連；另一個電阻Rf分別與放大器1端和輸出端 相連； 一個有輸入端和輸出端的二極管24， 二極管24輸入端與放大器1端 相連，輸出端與放大器21輸出端相連；另一個有輸入端和輸出端的二極管 25， 二極管25輸入端與放大器輸出端相連，輸出端與放大器l端相連。
所述的二極管24、 25以相反的方向并聯(lián)并相互匹配以實現(xiàn)非線性放大 器11的零輸入對稱性。即非線性放大器11的輸出只取決于輸入的幅度。
非線性放大器11的增益取決于電阻R22、電阻Rf 23和二極管24、 25 的電學參數(shù)。特別的，在給點的壓降下通過二極管24、 25的電流I (兩管的 方程相同)
1。和V。是取決于二極管電學參數(shù)的常數(shù)。把表達式轉(zhuǎn)化為阻抗Zd的形式
^二P77二Z/(" /。X &矽"/K」-"」 二極管24的的阻抗Zd,24，此正向工作的二極管將決定非線性放大器的輸出函 數(shù)(管25的影響相對管24可以忽略不計)。進而非線性放大器的輸出函數(shù)可 以用^ (電阻22的阻值)，Rf(電阻23的反饋電阻)和Zd,24表示 由上式可見，當輸入信號電壓較低時(即小幅信號)，二極管24的阻抗 遠大于Rf，非線性放大器11的增益近似為Rf/R"另一方面，當輸入信號較 大時，二極管24的阻抗遠小于Rf，非線性放大器11的增益與輸入信號成對 數(shù)關(guān)系。因此，非線性放大器ll的整體效果是限定小幅輸入信號的增益、壓 縮大幅信號的增益。當放大后的信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC量化時，在效果 上小輸入信號的量化步長小于大信號的，因此在只添加較小低成本元件的基 礎(chǔ)上使得均勻模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC實現(xiàn)了非均勻量化。由非線性放大器得到非均 勻量化可以減少模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的量化噪聲，從而有效提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 的信噪比(SNR)。
經(jīng)非線性放大器11處理后的非線性數(shù)據(jù)被模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC數(shù)字化，之 后送到反變換電路13。反變換電路13的目的是處理非線性數(shù)字數(shù)據(jù)使得最 終數(shù)字輸出和最初模擬輸入保持線性關(guān)系。因此，如果圖2非線性放大器有 前述的輸出函數(shù)，那么反變換電路13應(yīng)有如下的輸出函數(shù)
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雖然并未給出此函數(shù)的示例電路，但是可以很容易的通過很多電路予以
實現(xiàn)。例如，類似非線性放大器ll，反變換電路13也可以用運放和二極管 及線性電阻來實現(xiàn)。
如前所述雖然本實用新型只闡述了一款特定的非線性放大器和模數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADC，但是其他形式的非線性放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC仍在本實用新型 涵蓋范圍內(nèi)。例如，可采用其他輸出函數(shù)或不同電路組成的非線性放大器， 非線性放大器的輸出函數(shù)可以根據(jù)給定輸入信號的概率密度函數(shù)進行更改； 此外，除了均勻、線性模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC還可以采用其他模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC,例如 本實用新型也可以采用各種非線性模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (即階梯式)，從而進一步 改善電路的動態(tài)范圍。線性模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC后面接非線性模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC也 可以用來代替反變換電路。根據(jù)不同的應(yīng)用，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC可以采用閃速 型(Flash ADC)、 Sigma-Delta型(2-A ADC)或其他任何已知類型的 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。
權(quán)利要求1、一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)，其特征是包括一個非線性放大器(11)、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(12)和一個反變換電路(13)，非線性放大器(11)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(12)輸入端相連；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(12)輸出端與反變換電路(13)輸入端相連；所需要處理的模擬輸入信號首先傳送到非線性放大器(11)；非線性放大器(11)按非線性輸出函數(shù)把輸入信號放大；放大后的信號傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(12)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(12)實現(xiàn)這一信號的數(shù)字化；然后傳送到反變換電路(13)；反變換電路(13)的輸出函數(shù)為非線性放大器(11)輸出函數(shù)的反函數(shù)；反變換電路(13)實現(xiàn)模擬輸入和最后數(shù)字輸出關(guān)系的線性化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié) 構(gòu)，其特征是所述的非線性放大器(11)包括一個有兩個輸入端和一個輸出端的放大器(21);一個電阻(R,)，電阻(R,) —端連接輸入信號，另一端與放大器(21) 的輸入(1)端相連；另一個電阻(Rf)，電阻(Rf)分別與放大器(1)端和輸出端相連；一個有輸入端和輸出端的二極管(24), 二極管(24)輸入端與放大器(1) 端相連，輸出端與放大器(21)輸出端相連；另一個有輸入端和輸出端的二極管(25), 二極管(25)輸入端與放大器 輸出端相連，輸出端與放大器(1)端相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié) 構(gòu)，其特征是所述的非線性放大器(11)的輸出函數(shù)特性是對高概率模擬 輸入信號有較大增益，對低概率模擬輸入信號有較小增益。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié) 構(gòu)，其特征在于所述的高概率模擬輸入信號有相對較小幅度，低概率模擬輸 入信號有相對較大幅度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié) 構(gòu)，其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (12)為均勻轉(zhuǎn)換器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié) 構(gòu)，其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (12)為非均勻轉(zhuǎn)換器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路， 其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (12)為線性轉(zhuǎn)換器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路， 其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (12)為非線性轉(zhuǎn)換器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路， 其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (12)為閃速型轉(zhuǎn)換器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路， 其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (12)為△模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
專利摘要本實用新型涉及一種用于寬帶通信的模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)。特征是采用非線性放大器輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC輸入端相連；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC與反變換電路相連。非線性放大器包括兩個電阻、放大器及兩只二極管。所述的非線性放大器的輸出函數(shù)特性是對高概率模擬輸入信號有較大增益，對低概率模擬輸入信號有較小增益；本實用新型在不夾斷大幅信號不增加額外電路的基礎(chǔ)上對小幅信號有很好的處理能力；放大器和轉(zhuǎn)換器ADC的共同作用使得模數(shù)轉(zhuǎn)換既禁止小幅信號(高概率)的小量化噪聲又禁止對高幅信號(低概率)的大量化噪聲；轉(zhuǎn)換器ADC得到的信號接下來可以用反變換電路處理以保持輸入輸出的線性關(guān)系。
文檔編號H03M1/12GK201185415SQ20072013171
公開日2009年1月21日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者何廣宏, 馮向光 申請人:無錫輻導微電子有限公司