專利名稱：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及A-5數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及 具有數(shù)字濾波脈寬調(diào)制輸出級(jí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器及其方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
調(diào)制器在數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC和ADC)中特 別有用。利用過(guò)采樣技術(shù)，A-S調(diào)制器可將量化噪聲功率分散到過(guò) 采樣頻帶上，該頻帶通常比輸入信號(hào)帶寬大^f艮多。此外，A-S調(diào)制 器通過(guò)表現(xiàn)為輸入信號(hào)的低通濾波器和噪聲的高通濾波器來(lái)進(jìn)行 噪聲整形；從而將大部分量化噪聲功率移出信號(hào)帶。典型的A-S調(diào)制器包括對(duì)輸入信號(hào)與負(fù)反饋求和的加法器、環(huán) 路濾波器、量化器、及連接量化器的輸出和加法器的反相輸入的反 饋環(huán)。在一階調(diào)制器中，環(huán)路濾波器包括一個(gè)積分器或其他濾波器 級(jí)，而高階調(diào)制器中的環(huán)路濾波器具有相應(yīng)數(shù)量的濾波器級(jí)的級(jí) 聯(lián)。高階調(diào)制器相對(duì)低階調(diào)制器改善了量化噪聲傳輸特性，但隨著 級(jí)的增加，穩(wěn)定性成為更關(guān)鍵的設(shè)計(jì)要素。量化器可以是一位或多 位量化器。在DAC應(yīng)用(例如低頻帶外噪聲DAC)中，連續(xù)時(shí)間輸出級(jí) (例如電流加法器)將量化的調(diào)制器輸出轉(zhuǎn)換為相對(duì)平滑的模擬信 號(hào)，它相對(duì)離散時(shí)間輸出級(jí)(例如，開(kāi)關(guān)電容輸出級(jí))具有許多優(yōu) 點(diǎn)。例如，在調(diào)制器輸出—皮量化為多個(gè)等級(jí)(例如，由8位或更多 位表示的64級(jí)或更多級(jí))的DAC系統(tǒng)中，連續(xù)時(shí)間專俞出級(jí)相對(duì)容 易"i殳計(jì)和構(gòu)造。此外，以多個(gè)量化等級(jí)才喿作的連續(xù)時(shí)間IIT出級(jí)相對(duì) 不受波動(dòng)及遠(yuǎn)頻帶外能量的采樣問(wèn)題的影響。這些優(yōu)點(diǎn)使得連續(xù)時(shí) 間輸出級(jí)成為集成到大型數(shù)字芯片中的最好選擇。對(duì)于更小的數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換器和編碼解碼器(Codec)來(lái)說(shuō)，避免高頻能量的采樣可簡(jiǎn)化 時(shí)鐘管理方案。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)時(shí)間輸出級(jí)也有顯著的缺點(diǎn)，例如對(duì)符 號(hào)間干擾的易感性。(在這種情況下的符號(hào)間干擾或ISI通常由來(lái) 自連續(xù)時(shí)間元件或來(lái)自模擬存儲(chǔ)器的輸出信號(hào)的前沿或后沿中的 不對(duì)稱引起，其中每個(gè)符號(hào)取決于前一個(gè)符號(hào)。)即使大量的連續(xù) 時(shí)間轉(zhuǎn)換元件均可利用大量量化等級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行操作，但I(xiàn)SI 仍然可能支配連續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出模擬流中的噪聲和失真 成分。雖然可用歸零(RTZ)技術(shù)4吏ISI最小化，但RZT技術(shù)通常 導(dǎo)致電路對(duì)于控制時(shí)鐘的特性的靈敏度增加。因此，需要一種經(jīng)過(guò)改良的電路和方法，使得連續(xù)時(shí)間輸出級(jí) 能夠應(yīng)用在例如DAC的應(yīng)用中，同時(shí)使ISI最小化，并減小時(shí)鐘特 性對(duì)電路性能的影響。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，公開(kāi)了一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括噪聲 整形調(diào)制器，用于調(diào)制輸入凄t字?jǐn)?shù)據(jù)流；多個(gè)輸出元件，用于由來(lái) 自調(diào)制器的調(diào)制輸出流生成多個(gè)中間凄t據(jù)流；以及輸出加法器，用 于對(duì)中間數(shù)據(jù)流求和以生成輸出模擬流。噪聲整形調(diào)制器使輸出元件的邊沿跳變率平衡，以使兩個(gè)選定元件的邊沿跳變率近似相等。 通過(guò)4吏元件的邊沿跳變率平4軒，ISI的影響纟皮大大消除。本發(fā)明原理的應(yīng)用提供了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)和構(gòu)造，尤其是DAC,其采用了對(duì)ISI和時(shí)鐘變化具有最小易感性的連續(xù)時(shí)間輸 出元件。通常，占空比調(diào)制器接收數(shù)字輸入流，并產(chǎn)生經(jīng)過(guò)占空比 調(diào)制、脈寬調(diào)制(PWM)的編碼數(shù)據(jù)流。有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾 波器從占空比調(diào)制流中除去PWM率的基頻和諧波。通過(guò)將FIR濾 波器的級(jí)與多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換元件分接，可通過(guò)連續(xù)時(shí)間方式或離散時(shí) 間方式生成模擬輸出信號(hào)，并減少由于ISI抖動(dòng)引起的失真。在一 個(gè)具體的實(shí)施方式中，多個(gè)脈寬調(diào)制器級(jí)4要時(shí)間交織，從而產(chǎn)生多 個(gè)時(shí)間重疊的PWM編碼數(shù)據(jù)流。這些重疊的PWM編碼數(shù)據(jù)流驅(qū) 動(dòng)具有匹配的^f吏用率和跳變率的多個(gè)轉(zhuǎn)4奐元件。在交織的PWM級(jí) 前面具有多個(gè)衰減頻帶的A-S調(diào)制器可使噪聲衰減，否則噪聲將由 于才莫擬級(jí)間的不匹配而^皮解調(diào)。在各個(gè)交織PWM級(jí)后面連接的FIR 濾波器可去除由PWM過(guò)程引起的頻帶外能量。


為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，下面將參考以下結(jié)合附圖 進(jìn)行的描述，在附圖中圖1A是包括采用了根據(jù)本發(fā)明原理的、具有多個(gè)衰減頻帶和 交織脈寬調(diào)制器的A-S調(diào)制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的典型數(shù)字音頻系統(tǒng)的 高級(jí)沖匡圖；圖1B是適合在如圖1A所示的典型模擬入數(shù)字出FIR塊中使 用的典型數(shù)字入模擬出有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的更詳細(xì)的框 圖；圖2A是具有4個(gè)噪聲衰減頻帶的典型A-S調(diào)制器的噪聲傳遞 函數(shù)(NTF )的增益-頻率曲線圖，其適合在采用4個(gè)交織脈寬調(diào)制 器的圖1所示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的精選實(shí)施方式中使用；圖2B是具有對(duì)應(yīng)于圖2A所示的噪聲衰減頻帶的多個(gè)NTF噪 聲衰減頻帶的A-5調(diào)制器的^l點(diǎn)和零點(diǎn)的z平面圖；圖2C~圖2E是適合于產(chǎn)生圖2B所示的極點(diǎn)-零點(diǎn)布局的典型 前反饋A-S調(diào)制器的框圖；圖3是示出用于典型4個(gè)交織^^寬調(diào)制器的如圖1所示的A-S 調(diào)制器和脈寬調(diào)制器的典型操作的信號(hào)時(shí)序的時(shí)序圖；圖4是用于典型4次交織PWM和相關(guān)有限月永沖響應(yīng)^T出濾波 器的響應(yīng)的如圖1所示的脈寬調(diào)制器中選出的一個(gè)的輸出的增益-頻率的曲線圖；以及圖5是采用^^艮據(jù)本發(fā)明原理的交織噪聲整形器和相應(yīng)數(shù)字輸出 濾波器的典型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高級(jí)操作框圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的原理及其優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)參考附圖1~5中描述的實(shí)施方 式更好地理解，附圖中同樣的標(biāo)記指示同樣的部件。圖1A是適合于說(shuō)明本發(fā)明的原理的典型數(shù)模轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100 的高級(jí)功能框圖。為了進(jìn)行論述，所描述的音頻應(yīng)用是對(duì)來(lái)自數(shù)字 音頻源101 (例如光盤(pán)(CD )播放器或數(shù)字通用光盤(pán)(DVD )播放 器)的數(shù)字音頻進(jìn)行操作；然而下面描述的概念也可以用在需要進(jìn) 行數(shù)模轉(zhuǎn)換的電^各和系統(tǒng)的廣泛領(lǐng)域中。在系統(tǒng)100中，從數(shù)字源 101輸出的數(shù)據(jù)是具有基本釆樣頻率(采樣率)fs的'多位音頻數(shù)據(jù)，并以過(guò)采樣因凄tK進(jìn)4亍過(guò)釆樣。例如，在圖示實(shí)施方式中，音頻流 從數(shù)字音頻源101輸出，它具有48kHz的基本采樣頻率(fs)，以 64倍(64x )過(guò)采樣(即K = 64 )。系統(tǒng)100以具有多個(gè)噪聲傳遞函凄t (NTF)中的衰減頻帶的多 位噪聲整形器102 (例如A-S調(diào)制器)為基礎(chǔ)。噪聲整形器102將 在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述；然而，通常NTF包括一個(gè)用于衰減信號(hào)通 帶中的噪聲的衰減頻帶和用于衰減噪聲的附加衰減頻帶，否則該噪 聲將在下文論述的多個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)級(jí)實(shí)施方式中被之后的 PWM級(jí)104之間的4壬4可非零不匹配解調(diào)。在圖示實(shí)施方式中的噪聲整形器102以過(guò)采樣頻率L fs輸出 多位量化采樣，其中L是噪聲整形器102的過(guò)采樣比。噪聲整形器 102的調(diào)制指數(shù)(MI)優(yōu)選設(shè)置為確保滿額輸出量化電平不輸出到 后面的PWM級(jí)104。然而，在可以容許輸出流中有一定程度的ISI 的替換實(shí)施方式中，滿額量化電平也可采用。噪聲整形器102的每個(gè)一位采樣輸出^皮1 ~N個(gè)交織電^各103 交織到一組N個(gè)并聯(lián)PWM級(jí)中相^f應(yīng)的一個(gè)中，其中N是大于等 于1的整數(shù)。在圖1A中，為了論述目的示出了代表性的脈寬調(diào)制 (PWM )級(jí)104a ~ 104N。因此各個(gè)PWM級(jí)104a ~ 104N可有效 地對(duì)采樣率L/N 'fs的輸入采樣進(jìn)行#:作。適合用作系統(tǒng)100的PWM 級(jí)104a 104N的典型PWM級(jí)在轉(zhuǎn)讓《會(huì)Melanson的美國(guó)專利第 6,150,969號(hào)的才示題為Corre"/ow o/JVow/Zwear (9w^ wf ZXstoW/cw /" a De/M 5Vgwa DJC和轉(zhuǎn)讓*會(huì)Melanson的第5,815,102號(hào)標(biāo)題為De/M 6Vgm" i5『M Z)」C to 5W"c/2/"g中進(jìn)4亍了 4葛述，兩者者卩結(jié)合在本文中作為參考。交織電路103是示例性的電路。對(duì)于PWM級(jí) 104a、 104b的一個(gè)典型實(shí)施是可將它們連接至噪聲整形器102,并 使它們只響應(yīng)來(lái)自噪聲整形器102的適當(dāng)采樣。例如，如果N是2，PWM級(jí)104a將只響應(yīng)來(lái)自噪聲整流器102的偶數(shù)采樣，而PWM 級(jí)104b將只響應(yīng)奇lt采樣。在圖示的系統(tǒng)100的實(shí)施方式中，PWM級(jí)104a ~ 104N中的每一個(gè)都以過(guò)采樣因凄tM及過(guò)釆才羊頻率為M . (L/N)fs的過(guò)采才羊時(shí)鐘 信號(hào)進(jìn)4亍才喿作。因此每個(gè)PWM級(jí)都輸出M個(gè)時(shí)鐘周期長(zhǎng)度為 N/(M .L)的PWM圖形，代表從交織電路103接收的每個(gè)采樣的(M + 1)個(gè)等級(jí)。除了信號(hào)基本頻帶(約為0~fs/2)中的能量之外， 各個(gè)PWM級(jí)104a ~ 104N還輸出具有基頻的大量能量和PWM重 復(fù)率為L(zhǎng)/N fs的諧波。因此，每一個(gè)PWM級(jí)104a ~ 104N后都 5艮著具有對(duì)應(yīng)于這些諧波的衰減頻帶的#t字入才莫擬出有限力永沖響 應(yīng)(FIR)濾波器。圖1A中示出了^表性的FIR濾波器105a~ 105N。 FIR濾波器的模擬輸出在輸出加法器106中求和而產(chǎn)生模擬輸出。通過(guò)這一系列操作，系統(tǒng)100確保了 FIR濾波器105a ~ 105N 的所有輸出元件llla~ 111N (將在下面"i侖述)的4吏用近似相同，這 是由A-S噪聲整形器102的多個(gè)NTF零點(diǎn)保證的(也將在下面論 述)。在替換實(shí)施方式中，可以〗吏用其他的4支術(shù)，例如4吏用獨(dú)立的A-S 調(diào)制器。此外，通過(guò)這樣構(gòu)造系統(tǒng)100,所有元件llla~ lllb的邊 沿率也近似相等。這個(gè)結(jié)果通常是由于相結(jié)合的A-5調(diào)制器和脈寬 調(diào)制器的固定邊沿率引起的邊緣效應(yīng)。總的來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)約束消除 了造成模擬輸出級(jí)中失真的大部分來(lái)源。可以在替換實(shí)施方式中使 用其他用于直接使邊沿率平衡的技術(shù)。作為一個(gè)實(shí)例，邊沿率可以 凈皮監(jiān)控，及忠&變才既率相應(yīng)#:改變。圖1B更詳細(xì)地示出了數(shù)字入才莫擬出FIR濾波器105a 105N 的典型實(shí)施方式。每個(gè)濾波器105a ~ 105N都包括傳統(tǒng)具有X個(gè)輸 出接頭的FIR濾波器，例如具有簡(jiǎn)單系數(shù)的Boxcar濾波器。各個(gè) FIR濾波器105a ~ 105N的長(zhǎng)度(級(jí)數(shù))大于等于來(lái)自前面的PWM 級(jí)104a ~ 104N的PWM圖形的寬度，其對(duì)應(yīng)于PWM重復(fù)頻率的基頻在濾波器輸出傳遞函數(shù)中引入陷波(notch )。換言之，各個(gè)FIR 濾波器105a ~ 105N的長(zhǎng)度和FIR濾波器的輸出頻率與FIR濾波器 的輸入頻率的比成比例。FIR濾波器105a 105N的長(zhǎng)度越長(zhǎng)(例 如具有更多級(jí)的FIR濾波器)，在以元件凄t量的增加為代價(jià)的情況 下，能衰減的頻帶外能量將越多。使用具有相同權(quán)重的FIR濾波器 105a~105N,即4妻頭的凄史量等于PWM圖形長(zhǎng)度，是一種簡(jiǎn)單的顯 著減少頻帶外能量的技術(shù)。x個(gè)濾波器接頭的每一個(gè)(其中x是大于1的整數(shù))都與電流 源或類(lèi)似的一位數(shù)模轉(zhuǎn)換元件相連，針對(duì)各個(gè)濾波器105a~105N， 示出了其中的兩個(gè)llla和lllx。電流源llla~ 111N具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)， 例如電壓源和在恒定電流范圍內(nèi)工作的 一個(gè)或多個(gè)晶體管或串連 晶體管。電流源的輸出是單端源或差分源。在圖示實(shí)施方式中，當(dāng) 通過(guò)電流源llla~ 111N才丸行一位數(shù)才莫轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出加法器106包 括電流-電壓轉(zhuǎn)換器。電流可以相等(與在Boxcar濾波器中一樣)， 或者^(guò)皮不均4軒加纟又。有利地，具有相等4妄頭的濾波器105a 105N 的Boxcar實(shí)施方式最容易實(shí)現(xiàn)，并適合大多數(shù)用途。在音頻系統(tǒng)100中，由加法器106生成的才莫擬輸出信號(hào)在沖莫擬 濾波和放大電路塊107中進(jìn)行額外的傳統(tǒng)模擬濾波和放大。耳機(jī)或 揚(yáng)聲器108提供聲頻輸出。圖2A和2B示出了用于4次(也就是N = 4 )交織系統(tǒng)100的 噪聲整形器102的操作。如果N-4，噪聲整形器102可輸出被分 成4個(gè)采樣流的量化采樣，每一個(gè)的頻率為L(zhǎng) .fs/4。在這個(gè)例子中， 噪聲整形器102以過(guò)采樣頻率128fs輸出凄t據(jù)采樣，因而交織電3各 103將經(jīng)過(guò)噪聲整形的凄t據(jù)流分成4個(gè)流，每一個(gè)的頻率為32fs。 因此，后面的PWM級(jí)104a ~ 104N之間的4壬4可不匹配可在調(diào)制器 頻帶128 fs/4、 128 fs/2和128 3fs/4 (分另'J為32fs、 64fs和96fs )中對(duì)噪聲進(jìn)4亍解調(diào)。有利地，因?yàn)閕lr出不匹配的影響凈皮pwM上采才羊中的多個(gè)槽減少，因而在各個(gè)輸出中4吏用PWM級(jí)105a ~ 105N增加了后面DAC元件的有效匹配準(zhǔn)確度。如圖2A所示，暴露于PWM級(jí)104a ~ 104N之間的4壬4可非零不 匹配的噪聲被包含在噪聲整形器102的噪聲傳遞函數(shù)(NTF)中頻 率約為32fs、 64fs和96fs的3個(gè)附加衰減頻帶連同^f言號(hào)基帶的"^桑聲 衰減頻帶一起最小化。信號(hào)帶中的衰減平均值和頻率32fs、 64fs和 96fs的衰減平均值之間的差別取決于后面PWM級(jí)104a ~ 104N之 間的不匹配。不匹配存在越多，則在32fs、 64fs和96fs周?chē)念l帶 中被解調(diào)的調(diào)制器噪聲越多，以及在頻率32fs、 64fs和96fs周?chē)?調(diào)制器NTF中需要的衰減更多。然而，頻率32fs、 64fs和96fs衰 減的增加導(dǎo)致信號(hào)帶中衰減的減少。(通常，圖2A中x軸下方的面 積必須等于在x軸上方的面積。)因此，必須在調(diào)制器4lT出頻i普上 的NTF全局p桑聲整形和32fs、 64fs和96fs周?chē)木植克p電平之 間實(shí)j見(jiàn)平4軒。需要產(chǎn)生在〗言號(hào)帶中的平均衰減4直和頻率32fs、 64fs和96fs周 圍的平均衰減之間具有給定差別的噪聲整形器102中的NTF。需要 一種噪聲整形器布局，其產(chǎn)生一組用于i殳置NTF信號(hào)帶衰減的才及點(diǎn) -零點(diǎn)只于和多《且在頻率32fs、 64fs和96fs周?chē)牟偶包c(diǎn)。圖2B示出了 表征一個(gè)這樣的噪聲整形器的才及點(diǎn)與零點(diǎn)的z平面圖。在這個(gè)例子 中，表征了一個(gè)11階噪聲整形器，它包括5個(gè)極點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)的第一 組20，定義了 NTF的4氐頻(信號(hào)帶)噪聲衰減的形狀。在圖示實(shí) 施方式中，4及點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)組20包4舌在Butterworth位置的4個(gè)才及點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)和一個(gè)實(shí)^t才及點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)D 3個(gè)附加的4及點(diǎn)組21、 22、 23分 別限定了頻率32fs、 64fs和96fs周?chē)脑肼曀p頻帶的形狀。各個(gè) 組20-23中的極點(diǎn)和零點(diǎn)的數(shù)量可隨實(shí)施方式變化，這取決于期 望的p喿聲成形，以及NTF^f言號(hào)帶中的衰減電平與NTF的32fs、 64fs 和96fs頻帶中的衰減電平之間的平4軒。在圖2B中，32fs、 64fs和96fs處的NTF零點(diǎn)沿著z平面中單位圓分離。在替換實(shí)施方式中， 這些零點(diǎn)可以保持不分離(同位)狀態(tài)，以減少實(shí)現(xiàn)噪聲整形器102 所需要的硬件數(shù)量。在審且被轉(zhuǎn)讓的專利申請(qǐng)"DELTA-SIGMA MODULATION CIRCUITS AND METHODS UTILIZING MULTIPLE NOISE ATTENUATION BANDS AND DATA CONVERTERS USING THE SAME"(美國(guó)序號(hào)0/191,016,律師巻號(hào)1354-CA{2836-P194US}) 中描述了可產(chǎn)生NTF中的多個(gè)衰減頻帶并且適合在噪聲整形器102 中使用的典型A-S調(diào)制器(噪聲整形器)布局圖，其結(jié)合于本文中 作為參考。例如，圖2B所示的z平面極點(diǎn)-零點(diǎn)圖可以通過(guò)使用圖 2C和2D中所示的交織調(diào)制器布局來(lái)實(shí)現(xiàn)，下面進(jìn)行簡(jiǎn)要論述?？?替換地，可以采用前饋設(shè)計(jì)，它包括5個(gè)具有1/(l-Z")的傳遞函數(shù) 的濾波器級(jí)，及相關(guān)反饋回路，其在Z-0點(diǎn)附近設(shè)置極點(diǎn)和零點(diǎn)， 和一對(duì)具有1/(l-Z力的傳遞函數(shù)的濾波器級(jí)，及相關(guān)反饋回路，其 在z平面點(diǎn)Z-l、 -1、 j和-j周?chē)O(shè)置極點(diǎn)和零點(diǎn)。雖然反饋布局 需要更精確的系數(shù)和附加的硬件，但反饋調(diào)制器可以用于其他實(shí)施 方式中。包括前饋設(shè)計(jì)的A-5調(diào)制器布局的一般討論可以在例如 Norsworthy等人的Z)e//a- SVgmaf _Da^" CowveWe^s1, TTzeo^y, Z)e57'g 5Vww/W/o" (IEEE Press ， 1996)中找到。在圖2C所示的典型調(diào)制器布局200中，可分別4吏用4組獨(dú)立 回3各濾:皮器級(jí)201a ~ 201d來(lái)實(shí)現(xiàn)J貞率fs/4 ( z平面點(diǎn)Re = 0, Im = j)、 fs/2 (z平面點(diǎn)Re = -1, lm = 0)和3fs/4 (z平面點(diǎn)Re = 0, Im =-j)上的局部噪聲整形，它們的輸出通過(guò)開(kāi)關(guān)(SW) 202及時(shí)地 交織到下述主噪聲整形回^各209中。在圖2D中更詳細(xì)示出的每組 獨(dú)立環(huán)路濾波器級(jí)201a ~ 201d,包括一對(duì)濾波器級(jí)203a和203b、 對(duì)應(yīng)的具有系數(shù)d和Cz用于設(shè)置局部極點(diǎn)的前饋級(jí)204a和204b、 及用于設(shè)置局部零點(diǎn)的反饋回路205 (具有延遲Z"和增益gl )和 加法器206。(根據(jù)需要的局部極點(diǎn)和零點(diǎn)的數(shù)量和位置，各個(gè)獨(dú)立濾波器級(jí)201a-201d的結(jié)構(gòu)可以在單濾波器級(jí)203和3個(gè)或更多 濾波器級(jí)203之間變化，并包括不止一個(gè)反々貴回^各)。獨(dú)立濾波器 級(jí)201a 201d的i曾益級(jí)204a 204b的車(chē)#出通過(guò)只于應(yīng)的一纟且開(kāi)關(guān) (SW ) 207a ~ 207b被交錯(cuò)到調(diào)制器輸出加法器208中。關(guān)于DC的(直流或0頻率)(z平面點(diǎn)Re = 0, Im = 0 )全局 (基帶)噪聲整形的特征在于5階主(共享)噪聲整形回路209。 圖2E中更詳細(xì)地示出了主噪聲整形回路209，它包括5個(gè)全局濾波 器級(jí)210a-210e和前々貴到輸出加法器208 (參見(jiàn)圖2C )的分別具 有系數(shù)C3 ~ C7的相關(guān)前饋級(jí)211a ~211e。(才艮據(jù)所需要的NTF中全 局才及點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)的凄t量和位置的不同，全局濾波器級(jí)210a 210e的 數(shù)量也可在不同實(shí)施方式之間進(jìn)行變化。)所示的反饋回路212a~ 212b (包括增益g2和延遲Z")和力口法器213a ~ 213b用來(lái)從DC 點(diǎn)(Re=l, lm = 0)移開(kāi)z平面單位圓上的全局噪聲整形零點(diǎn)。雖然各個(gè)PWM級(jí)105a ~ 105N中的能量通常隨時(shí)間追隨輸入 能量(例如，輸出能量的一階積分跟隨輸入能量的一階積分)時(shí)， 但在PWM輸出中會(huì)出現(xiàn)明顯失真，這是因?yàn)镻WM輸出能量的時(shí) 刻隨著不同PWM圖形而改變(例如，PWM輸出能量的二階或更 高階積分的值不跟隨輸入能量的更高階積分的值)。特別地，給定 的PWM輸出圖樣的二階或更高時(shí)刻的位置取決于被轉(zhuǎn)換的特殊數(shù) 字字和相應(yīng)的圖樣中邏輯高和邏輯低時(shí)隙的凄t目，以及這些時(shí)隙在 圖樣的時(shí)間周期上分布。每個(gè)圖樣中時(shí)隙的分布會(huì)受到用來(lái)產(chǎn)生圖 樣的技術(shù)的影響(例如，偏右，偏左，等等)。在圖2C所示的A-5調(diào)制器102中，反^t補(bǔ)償塊220包括在量 化器214的輸出上，以向二階環(huán)路濾波器201的積分器級(jí)203a ~ 203b(參見(jiàn)圖2D )和/或5階環(huán)3各濾波器209的積分器級(jí)210a ~ 210e (參見(jiàn)圖2E)提供非線性反饋。反饋補(bǔ)償塊220提供的非線性反饋 在所結(jié)合的美國(guó)專利6,150,969和5,815,102中凈皮描述，它們?cè)谇懊嬉呀?jīng)被引用，并結(jié)合在本文中作為參考。通常，校正因數(shù)從反饋補(bǔ)償塊220 4皮反饋到A-5調(diào)制器環(huán)^各濾波器201a ~ 201d和209的積 分器級(jí)203a ~ 203b和210a ~ 210b。通過(guò)選才奪寸生;也才交正沖目應(yīng)的積、分 器級(jí)的輸入，數(shù)據(jù)進(jìn)入后面PWM級(jí)105a ~ 105N的輸入的時(shí)刻祐:改變。進(jìn)而，PWM ^r出的時(shí)刻纟皮才交正以減少失真，否則失真可能由隨時(shí)間變^f匕的^r出能量時(shí)刻產(chǎn)生。例如，為了沖交正在鄉(xiāng)合定pwm 輸出圖形中的第二時(shí)刻中的變化，至少應(yīng)將非線性校正校正因數(shù)反饋到A-5調(diào)制器環(huán)路濾波器201a ~ 201d和209的第二積分級(jí)。回到圖2C, —位量化器214和延遲元件(Z")215優(yōu)選;也產(chǎn)生 調(diào)制器200的輸出。所得輸出信號(hào)被反^t到調(diào)制器輸入加法器216 的反相輸入以閉合A-S回路。通過(guò)在獨(dú)立的多組濾波器級(jí)201a~ 201d之間進(jìn)行交織，每組濾波器級(jí)201a ~ 201d對(duì)位于調(diào)制器輸入 的1/4采樣率fs的加法器208的輸入起作用。因此，由濾波器組 201a 201d設(shè)置的極點(diǎn)和零點(diǎn)被轉(zhuǎn)化為圖2B所示的z平面點(diǎn)。繼續(xù)圖1所示的凄t據(jù)轉(zhuǎn)換器100的4次交織(N = 4 )的實(shí)施方 式，交織電^各103的4個(gè)32fs量化采樣流分別#1傳遞到4個(gè)PWM 級(jí)104a 104N。在這個(gè)例子中，每個(gè)PWM級(jí)104a — 104N才艮據(jù)256fs過(guò)采樣時(shí)鐘信號(hào)來(lái)執(zhí)行8倍(8x)過(guò)采樣(也就是，M = 8)。所得 PWM編碼lt出月永沖流在時(shí)間上重疊，如圖3所示。圖3是示出將任選數(shù)目的從噪聲整形器102輸出的具有128fs 過(guò)采樣頻率一位量化采樣轉(zhuǎn)換為多個(gè)具有256fs過(guò)采樣頻率的 PWM流的時(shí)序圖。在圖3中，來(lái)自噪聲整形器102的輸出的8個(gè) 代表位或采樣(1 ~ 8 )由標(biāo)記為NSOUT的跡線示出。在4次交織 之后，每個(gè)PWM級(jí)104a ~ 104N對(duì)新的頻率為32fs的操作數(shù)(采 樣)進(jìn)行操作，它們分別由標(biāo)記為PWM，、 PWM2、 PWM3、和PWMt 的互相重疊的;充示出。用于8 4咅過(guò)采才羊，每個(gè)PWM級(jí)104a ~ 104N將以32fs過(guò)采樣 頻率接收的各個(gè)對(duì)應(yīng)采樣編碼到PWM編碼脈沖中，這些脈沖是8 周期的256fs過(guò)采樣時(shí)鐘信號(hào)，在圖3中由標(biāo)記為PWM1QUT、 PWM20UT、 PWM30UT、和PWM40UT的流表示。例如，PWMmuT流 將噪聲整形器102的輸出采樣1和5在由交織電路103四次交織和 由對(duì)應(yīng)的PWM級(jí)104a ~ 104N 8倍過(guò)采樣后，表示為PWM調(diào)制周 期(脈沖)1-1 ~ 1-8和5-1 ~ 5-8。PWM編碼位流PWM10UT、 PWM謂t、 PWM謂丁、和PWM備丁 在時(shí)間上偏移256fsPWM過(guò)采才羊時(shí)4中的2個(gè)周期(或等于1個(gè)周期 的128fs噪聲整形器過(guò)采樣時(shí)鐘)。這些時(shí)間重疊流中的每一個(gè)對(duì)約 為0~fs/2的信號(hào)基帶中的能量連同重復(fù)頻率32fs的諧頻(例如 32fs、 64fs、 96fs,等等)上的大量能量一起進(jìn)4亍調(diào)制，如圖4所示 的車(chē)lr出增益與頻率的曲線圖的4九跡線401所示。因此，4個(gè)PWM 級(jí)104a ~ 104N中的每一個(gè)與豐敘出FIR濾波器105a ~ 105N相聯(lián)， 具有圖4中軌跡線402所示的響應(yīng)。特別地，各個(gè)FIR濾波器105a ~ 105N的響應(yīng)具有在32fs的i皆頻周?chē)南莶ǎ挥趹?yīng)于相同頻率的相 應(yīng)PWM級(jí)104a~ 104N的輸出響應(yīng)的峰l直。例i口，通過(guò)4吏用具有 簡(jiǎn)單系tt的16級(jí)Boxcar FIR濾波器，可獲得FIR響應(yīng)402。在具有4個(gè)lt字入才莫擬出FIR濾波器105a ~ 105N的實(shí)施方式 中，每一個(gè)都具有16級(jí)Boxcar濾波器，64個(gè)模擬輸出被提供給輸 出加法器106。這64個(gè)才莫擬輸出在時(shí)間上重疊，并在4吏用率和跳變 率(跳變密度)上匹配。結(jié)果是具有最小的ISI導(dǎo)致的噪聲和失真 的時(shí)間連續(xù)模擬輸出。有利地，這樣的結(jié)構(gòu)使得所有DAC元件具 有同樣的邊沿率和同樣的使用占空比。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得所有失真和噪 聲產(chǎn)物的消除達(dá)到顯著的程度。本發(fā)明的原理也可在圖5所示的典型A-S轉(zhuǎn)換器500中實(shí)施， 其中N個(gè)A-S調(diào)制器(噪聲整形器)501a-501N在時(shí)間上交織，并且所得的解交織輸出流被直接通到輸出數(shù)字輸入才莫擬輸出FIR濾 波器105a 105N。在圖5中，L是各個(gè)噪聲整形級(jí)501a ~ 501N的 過(guò)采樣因數(shù)。噪聲整形級(jí)501a 501N的量化數(shù)據(jù)流以大于等于噪 聲整形器501a ~ 501N的過(guò)采樣頻率L (K/N)fs的頻率在FIR濾波 器105a ~ 105N中被轉(zhuǎn)換。有利地，與前述一樣，F(xiàn)IR濾波器105a ~ 105N的DAC元件因而在占空比(使用)率和跳變率上匹配。雖然才艮據(jù)特殊實(shí)施例描述了本發(fā)明，^L是這些描述并不意p木著 限制理解。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，所公開(kāi)的實(shí)施方式的各種改變， 以及本發(fā)明的替換實(shí)施方式，在參考本發(fā)明的說(shuō)明基礎(chǔ)上是顯而易 見(jiàn)的。本領(lǐng)域的4支術(shù)人員可以意識(shí)到，所-公開(kāi)的和X念和特殊實(shí)施方 式可以容易地被用作改變或設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明同樣目的的其他 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到，這樣等同的結(jié)構(gòu)會(huì) 脫離本發(fā)明權(quán)利要求的精神和范圍。因此，權(quán)利要求將覆蓋任何落入本發(fā)明準(zhǔn)確范圍內(nèi)的改變或?qū)?施方式。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，包括占空比調(diào)制器，用于將具有一定頻率的接收數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成占空比調(diào)制數(shù)據(jù)流；以及有限脈沖響應(yīng)濾波器，用于從所述占空比調(diào)制數(shù)據(jù)流中濾掉具有所述接收數(shù)據(jù)流的所述頻率的諧波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述有限脈沖響應(yīng) 濾波器在所述占空比調(diào)制數(shù)據(jù)流的重復(fù)率為零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還包括多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換元 件，它們與所述有限^K沖響應(yīng)濾'波器的相應(yīng)4妄頭相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換 元件包4舌連續(xù)時(shí)間轉(zhuǎn)換元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換元件包括 受控電流源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換元件包括 電阻器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還包括第二占空比調(diào)制器，用于將具有一定頻率的第二數(shù)據(jù)流 轉(zhuǎn)換成第二占空比調(diào)制凄t據(jù)流；以及第二有限脈沖響應(yīng)濾波器，用于從所述第二占空比調(diào)制 數(shù)據(jù)流中濾掉具有所述第二數(shù)據(jù)流的所述頻率的諧波。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還包括用于合成所述第一 和第二濾波器的輸出的合成電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還包括解交織電路，用于 將輸入數(shù)據(jù)流解交織到所述接收數(shù)據(jù)流和所述第二數(shù)據(jù)流中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還包括A-S調(diào)制器，用于 噪聲整形所述輸入數(shù)據(jù)流，其中，所述A-S調(diào)制器具有帶有多 個(gè)衰減頻帶的噪聲傳遞函數(shù)，用于減少暴露于所述占空比調(diào)制 器和所述第二占空比調(diào)制器之間的不匹配的噪聲。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述接收信號(hào)流由 具有至少一個(gè)積分器和針對(duì)所述至少一個(gè)積分器的非線性反 々貴的A-5調(diào)制器生成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述非線性反饋 校正所述占空比調(diào)制數(shù)據(jù)流的被選時(shí)刻內(nèi)的變化。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述非線性反饋 由非線性反饋操作中所選定的一個(gè)提供。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，包括占空比調(diào)制器，用于將具有一定頻率的接收數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成占空比調(diào)制數(shù)據(jù)流；以及有限脈沖響應(yīng)濾波器，用于從所述占空比調(diào)制數(shù)據(jù)流中濾掉具有所述接收數(shù)據(jù)流的所述頻率的諧波。
文檔編號(hào)H03M3/00GK101335527SQ20081012647
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者約翰·勞倫斯·梅蘭松 申請(qǐng)人:塞瑞斯邏輯公司