專利名稱：位串行數(shù)字?jǐn)U展器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字信號的處理，更具體地是涉及一種用于位串行數(shù)字信號處理電路的擴(kuò)展器。
本申請與題為″將位串行濾波器設(shè)置為全零狀態(tài)的方法和裝置″的申請?zhí)枮镹o.08/631,321的申請有關(guān)，發(fā)明人是James C.Baker和Danise Riemer(代理人案卷號為No.CE01069R)，申請日為1996年4月11日，在此將其引用作為參考。本申請還涉及題為″位串行數(shù)字壓縮器″的申請?zhí)枮?8/659,104的申請，發(fā)明人是James C.Baker和JohnOliver(代理人案卷號為No.CE01239R)，與上述申請日相同，在此作為參考。
任何數(shù)字濾波器都可以是位串行結(jié)構(gòu)的，其與等效的并行濾波器設(shè)計(jì)相比，減少了集成電路中門的數(shù)量、硅面積以及電流消耗。位串行濾波器使用三個(gè)基本構(gòu)成塊位串行加法器，位串行分頻器以及位串行延遲。位串行加法器只有一個(gè)完整的加法器，有兩個(gè)一位輸入和單個(gè)一位輸出。為了達(dá)到與24位并行加法器相同的動態(tài)范圍，位串行加法器的時(shí)鐘速率提高到并行加法器的24倍。一般而言，f位＝B*f采樣，其中f位是位串行加法器時(shí)鐘速率，B是字的位數(shù)，而f采樣是數(shù)字字采樣速率。字中的每個(gè)位，從最低有效位(LSB)到最高有效位(MSB)，在串行總線上出現(xiàn)一個(gè)位時(shí)段，即1/f位。位串行分頻器是用一個(gè)位中繼器塊將字右移N位產(chǎn)生乘上2-N的結(jié)果來分頻的。對輸入字移位的總計(jì)產(chǎn)生一個(gè)乘上所選擇系數(shù)的字。位串行延遲一般是用一個(gè)移位寄存器實(shí)現(xiàn)的，該移位寄存器用觸發(fā)器將一個(gè)位保持預(yù)定數(shù)目的位時(shí)段。
位串行設(shè)計(jì)還要求一個(gè)控制器。位串行控制可以看作一個(gè)移位寄存器，一個(gè)位時(shí)段的″1″信號順序循環(huán)通過該移位寄存器。移位寄存器的長度等于一個(gè)字的位長度B。從位串行控制器來的信號必須送到加法器塊，以便與輸入到一個(gè)特定加法器塊的字的第一位(LSB)的時(shí)鐘周期相一致。從位串行控制器來的信號還要送到位中繼器塊，以便為每個(gè)具體的位中繼器塊規(guī)定一個(gè)分頻系數(shù)。位串行結(jié)構(gòu)使得數(shù)字濾波器和其它數(shù)字處理元件與并行結(jié)構(gòu)數(shù)字濾波器相比減少了門數(shù)目、硅面積和電流消耗。對減少門數(shù)目的權(quán)衡方案是時(shí)鐘速率更高。
但是，位串行控制器和這三個(gè)基本的位串行構(gòu)成塊不能組合成為一個(gè)位串行擴(kuò)展器。在發(fā)射機(jī)中壓縮和在接收機(jī)中擴(kuò)展(壓擴(kuò))是一項(xiàng)廣為使用的技術(shù)，用來增加模擬信號的動態(tài)范圍，并提高信令的質(zhì)量，以使信號在通信信道中的抗干擾能力更強(qiáng)。壓擴(kuò)技術(shù)在所有的模擬式蜂窩電話系統(tǒng)和大量其它的模擬通信系統(tǒng)中有具體應(yīng)用。也就是說，需要一種位串行數(shù)字?jǐn)U展器，以在模擬通信壓擴(kuò)應(yīng)用環(huán)境中利用位串行結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，即減少門數(shù)目，硅面積和電流消耗。


圖1是在通信設(shè)備接收機(jī)中的位串行擴(kuò)展器的方框圖。
圖2是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行擴(kuò)展器的方框圖。
圖3是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行擴(kuò)展器的具體實(shí)施圖。
圖4是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用來乘兩個(gè)不同因子的位串行雙分頻器的具體實(shí)施圖。
圖5是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行檢波器的具體實(shí)施圖。
圖6是一個(gè)一階低通數(shù)字濾波器的信號流圖。
圖7是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的簡化的一階低通數(shù)字濾波器的信號流圖。
圖8是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的簡化的一階低通數(shù)字濾波器的位串行實(shí)施圖。
圖9是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行分頻器和溢出檢測塊的實(shí)施圖。
圖10是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的帶有正向溢出檢測電路的位串行分頻器塊的詳細(xì)圖。
圖11是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的10位鎖存器的詳細(xì)圖。
圖12是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的乘法器的詳細(xì)圖。
圖13是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行分頻器和限幅電路的實(shí)施圖。
位串行數(shù)字?jǐn)U展器是用三個(gè)位串行構(gòu)成塊加上一個(gè)位串行檢波器塊，一個(gè)位串行乘法器塊，一個(gè)具有溢出檢測電路的位串行分頻器塊實(shí)現(xiàn)。在用于便攜式無線電話或使用壓擴(kuò)技術(shù)通信系統(tǒng)的高級移動電話系統(tǒng)(AMPS)模擬式接收機(jī)中使用這種位串行擴(kuò)展器，就可以比并行式擴(kuò)展器有更少的門電路，更小的硅面積和更小的電流消耗。在便攜式電池供電裝置和其它需要著重考慮電流消耗的環(huán)境中，這種電流消耗的減少就更為有利了。
圖1是通信設(shè)備中接收機(jī)的位串行擴(kuò)展器的方框圖。所示的具有位串行擴(kuò)展器17的通信設(shè)備100是一個(gè)無線電話，但是，位串行擴(kuò)展器17可以用于MODEM(調(diào)制器/解調(diào)器)，雙向無線電設(shè)備，陸上通信電話，記錄儀器，蜂窩電話，無繩電話，射頻接收機(jī)，或其它使用壓擴(kuò)技術(shù)的設(shè)備中。
在通信設(shè)備100中的發(fā)射機(jī)102和接收機(jī)104在控制器110的控制下操作，其可以用一個(gè)微處理器，一個(gè)數(shù)字信號處理器，或是類似的裝置實(shí)現(xiàn)。天線105通過雙工器106與發(fā)射機(jī)102和接收機(jī)104都耦連著。天線105將發(fā)射機(jī)102產(chǎn)生的來自麥克風(fēng)10的信號發(fā)射至帶有收發(fā)兩用機(jī)190和天線195的附加通信設(shè)備上。天線105還檢測由附加通信裝置傳遞給通信設(shè)備100的射頻信號。
盡管發(fā)射機(jī)102可以用任何現(xiàn)有的電路來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)在申請?zhí)枮?8/659,104由James C.Baker和John Oliver發(fā)明的題為″位串行數(shù)字壓縮器″(代理人案卷號為CE01239R)的公開技術(shù)，可以設(shè)想發(fā)射機(jī)102采用該技術(shù)中的位串行壓縮器。
在接收機(jī)104中，解調(diào)器11通過天線105和雙工器接收來自附加通信設(shè)備的調(diào)制輸入信號。解調(diào)器11再產(chǎn)生一與調(diào)制信號成比例的基帶模擬輸出信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)12將來自解調(diào)器11的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字域的。數(shù)字信號處理(DSP)電路13用低通濾波器(LPF)14，高通濾波器(HPF)15，去加重濾波器16，以及擴(kuò)展器17處理數(shù)字信號。LPF 14的優(yōu)選截止頻率為3KHz，HPF 15的截止頻率優(yōu)選為300Hz，以去除信號中音頻帶以外的頻率。DSP電路13的輸出送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)18，并通過揚(yáng)聲器19放出來。
位串行擴(kuò)展器17的三個(gè)主要部件是一個(gè)檢波器120，一個(gè)低通濾波器150，一個(gè)乘法器180。擴(kuò)展器的輸出Vo與輸入Vi及其均方根值(RMS)的乘積成比例(即Vo＝k*Vi*Vi)。
圖2所示是根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例的位串行擴(kuò)展器的方框圖。在用分頻器243對輸入信號分頻后，擴(kuò)展器的增益支路使信號通過檢波器120、帶有雙倍增益的低通濾波器150，以及分頻器260。在擴(kuò)展器的上支路，分頻器247還對分頻器243來的信號進(jìn)行分頻。
分頻器247和分頻器260的輸出用乘法器180相乘。但是，低頻高偏差輸入可能會在擴(kuò)展器電路的增益端溢出。如果檢測到溢出，從分頻器247來的信號用多數(shù)復(fù)用器開關(guān)285從乘法器的旁路通過。增益分布已選擇好，從而在到達(dá)最后的分頻器260之前溢出就不會發(fā)生。為了增加動態(tài)范圍，分頻器295將來自多數(shù)復(fù)用器開關(guān)285的信號增大。如果在分頻器295發(fā)生溢出，根據(jù)輸入的信號不同，輸出在正電平最高或負(fù)電平的最低處作求交運(yùn)算。
在這個(gè)例子中，分頻器系數(shù)提供一符合AMPS規(guī)范的擴(kuò)展器，該規(guī)范規(guī)定1kHz聲調(diào)的偏差必須由12kHz的峰值偏差降至258Hz的偏差。這是從擴(kuò)展器輸入端的33.3dB至輸出端的66.6dB的范圍。在選擇增益分布時(shí)的另一考慮是AMPS規(guī)定的鑒頻器外的峰值電壓(12kHz+2kHzSAT+噪聲)，6dB/倍頻程去加重濾波器(例如，一個(gè)500Hz聲調(diào)比1kHz的聲調(diào)大6dB)，以及DSP電路中濾波器的增益。因此，在這個(gè)擴(kuò)展器中，分頻器243的系數(shù)是八分之七，分頻器247的系數(shù)是三分之二，分頻器260的系數(shù)是8，分頻器295的系數(shù)是4。
圖3是根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的位串行擴(kuò)展器的實(shí)施圖。該實(shí)施例的位串行數(shù)字?jǐn)U展器設(shè)計(jì)為模擬現(xiàn)有接收機(jī)中的AMPS擴(kuò)展器。這樣，1kHz或更低的偏差為12kHz的聲調(diào)輸入將產(chǎn)生一個(gè)2∶1的增益。高于1kHz偏差為12kHz的聲調(diào)輸入將產(chǎn)生一個(gè)一致的乘法器增益(即輸入與輸出增益曲線之比為1∶1)，以減少輸出所需的動態(tài)范圍。在該項(xiàng)實(shí)施方案中，一個(gè)字長為24位，其中符號位作最高位(MSB)，當(dāng)然其它的字結(jié)構(gòu)可以使用其它長度的字。擴(kuò)展器中的每個(gè)序列元件被定時(shí)為串行位速率。
雙分頻器塊340的第一個(gè)輸出提供表示由1.3125(等于8分之7乘上2分之3)分頻的輸入字，并驅(qū)動乘法器塊380。雙分頻器塊340的第二個(gè)輸出提供一個(gè)乘上因子8分之7的輸入字，并驅(qū)動檢波器塊320，低通濾波塊350和具有溢出檢測塊的分頻器360。具有溢出檢測塊的分頻器360輸出端的每個(gè)字的10個(gè)有效位作為乘法器塊380的10位乘法器增益項(xiàng)。但是，如果分頻器塊360的輸出溢出了，來自分頻器340的第一個(gè)信號就通過多數(shù)復(fù)用器385而繞過乘法器塊380。分頻器和限幅器塊395將來自多數(shù)復(fù)用器385的信號分頻以使動態(tài)范圍最大，并將可能超過接收機(jī)所允許動態(tài)范圍的信號部分削去。這些塊中每一個(gè)都將與其它實(shí)施該位串行數(shù)字?jǐn)U展器的AMPS實(shí)施例所需的低層塊一起作更詳細(xì)的說明。
位串行控制器使用控制信號C
-C[23]以指示什么時(shí)候一個(gè)字的LSB進(jìn)入加法器，并指示分頻系數(shù)以及將擴(kuò)展器電路作為一個(gè)整體實(shí)行同步和控制。圖3中其它的塊是移位寄存器345和D觸發(fā)器375。移位寄存器345用觸發(fā)器進(jìn)行正確的電路定時(shí)。移位寄存器345包括十三個(gè)觸發(fā)器，以保證來自分頻器塊340的第一個(gè)輸出字的最低有效位LSB在具有溢出檢測塊的分頻器360的增益項(xiàng)到達(dá)時(shí)進(jìn)入乘法器塊380。如果需要，位串行擴(kuò)展器中的移位寄存器可以用鎖存器或其它延遲元件代替。
D觸發(fā)器375按位串行控制器390的控制信號c[5]的指示將溢出檢測信號延遲11個(gè)位時(shí)間周期?？刂菩盘朿[5]只在24位數(shù)字字的第6個(gè)位時(shí)間周期期間為″1″；在其它的位時(shí)間周期中，為″0″?？刂菩盘朿[5]通過反相器373反相以在D觸發(fā)器375的鎖定輸入端產(chǎn)生一個(gè)信號，該信號僅在24位字的第6個(gè)位時(shí)間周期中為″0″。當(dāng)在鎖定輸入端有一個(gè)″0″信號時(shí)，D觸發(fā)器375將D輸入端的信號鎖定。在D觸發(fā)器375的鎖定輸入端的反相控制信號與溢出檢測信號的到達(dá)同步，后者具有在溢出時(shí)無效的項(xiàng)。
圖4所示是根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的用來將一輸入乘上兩個(gè)不同因子的位串行對分頻器的實(shí)施圖。這種雙分頻器可用在如圖3所示的雙分頻器塊340中。一種位串行復(fù)位多數(shù)復(fù)用器41可使雙分頻器復(fù)位而不需用可復(fù)位觸發(fā)器，這種觸發(fā)器由申請?zhí)枮?8/631,321題為″用來設(shè)置位串行濾波為全零狀態(tài)的方法與裝置″(發(fā)明人為James C.Baker和DeniseRiemer)的發(fā)明所公開。否則，復(fù)位多路復(fù)用器不影響擴(kuò)展器的操作。來自與位中繼器塊42相連的位串行控制器390(如圖3所示)的控制信號c
在數(shù)字字的第一個(gè)位時(shí)間周期中為″1″，這是當(dāng)一個(gè)字的最低有效位LSB進(jìn)入塊中，并且控制信號c[3]在三個(gè)位時(shí)間周期之后為″1″時(shí)實(shí)現(xiàn)的。這些控制信號指示一個(gè)分頻系數(shù)為2-3，也就是8分之1。同時(shí)，輸入信號用移位寄存器43延遲4個(gè)位時(shí)間周期，以便兩個(gè)輸入到加法器塊44的字的最低有效位LSB在控制信號c[4]為高電平時(shí)同時(shí)到達(dá)。被8分之1分頻的輸入信號用加法器塊44從輸入信號中減去，以產(chǎn)生一個(gè)與8分之7分頻的輸入相等的輸出。
加法器塊44的輸出用位中繼器塊45作2分之1分頻。每個(gè)字的最低有效位LSB的到達(dá)用來自位串行控制器390(如圖3所示)的控制信號c[4]指示，而分頻系數(shù)2分之1用控制信號c[5]指示。同時(shí)，移位寄存器46將加法器塊44的輸出延遲兩個(gè)位時(shí)間周期，以使輸入到加法器塊47的輸入字在控制信號c[6]為高電平的同時(shí)到達(dá)。移位寄存器46的輸出表示8分之7分頻的輸入字，發(fā)往圖3中的檢波器塊320。加法器塊47的輸出等于1.3125乘上輸入字，并到圖3所示的移位寄存器345和多數(shù)復(fù)用器385。
圖5是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行檢波器的實(shí)施圖。該位串行檢波器可用于圖3所示的檢波器塊320，與雙分頻器的輸出相連。這樣到圖5中位串行檢波器的輸入就可以是圖4中所示移位寄存器46的輸出。該位串行檢波器包括一有一個(gè)位時(shí)間周期延遲的第一移位寄存器和一有一個(gè)字時(shí)間周期延遲的第二移位寄存器52。利用這些移位寄存器，當(dāng)控制信號c
是″1″時(shí)，字的符號位定位在移位寄存器52的輸入上。值得注意的是對一位移位寄存器51不作需求，然而，包含該移位寄存器51其作用是通過允許控制信號C
而非控制信號C[23]指示在移位寄存器52中有符號位存在而使控制管理更易于進(jìn)行。
當(dāng)D觸發(fā)器54收到的來自圖3中位串行控制器390并經(jīng)過反相器58的控制信號c
為″1″時(shí)，即指示字的最高有效位MSB已經(jīng)到達(dá)移位寄存器51，符號位在異或(XOR)門55的輸入端被鎖定一個(gè)字的時(shí)間周期。如果那時(shí)移位寄存器51輸出的符號位為″0″，數(shù)字字是一個(gè)正數(shù)，且該字通過異或(XOR)門55保持不變。如果在移位寄存器51輸出的符號位為″1″，該字就是一個(gè)負(fù)數(shù)。負(fù)數(shù)通過異或(XOR)門55用補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換。為計(jì)算負(fù)數(shù)的絕對值，在最低有效位(LSB)要加1。但是，為減少在檢波器電路中所需邏輯門的數(shù)目，向LSB加1的步驟被省略了，這并不影響擴(kuò)展器的工作。
圖6是一階低通數(shù)字濾波器的信號流圖。一階低通數(shù)字濾波器可用在圖3所示的濾波器塊350中。該濾波器是一個(gè)帶有通過單位延遲塊615的反饋單回路的HR濾波器。一個(gè)輸入信號進(jìn)入加法器601。加法器601的輸出被送往分頻器605并乘上系數(shù)A。系數(shù)A決定了濾波器的截止頻率，它通常設(shè)為小于1的數(shù)。分頻器605的輸出被送往加法器611。加法器611的輸出用單位延遲塊615延遲。單位延遲塊615的輸出負(fù)反饋給加法器601，同時(shí)正反饋給加法器611。單位延遲塊615代表一個(gè)字周期的延遲，在此例中為24個(gè)位周期。加法器611的輸出還被送往加法器621，其將減去加法器601的輸出。加法器621的輸出與輸入信號在加法器626相加。加法器626的輸出用分頻器631乘上系數(shù)B，以產(chǎn)生一個(gè)輸出信號。一般而言，系數(shù)B為2分之1，以產(chǎn)生一個(gè)單增益的數(shù)字濾波器。
圖7是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的簡化一階低通數(shù)字濾波器的信號流圖。由于濾波器塊350之后跟隨一個(gè)分頻器塊360，如圖3所示，濾波器塊350中的分頻器631與濾波器塊350外的分頻器塊360組合以減少復(fù)雜性。注意該簡化濾波器為雙倍增益而不是單增益，因?yàn)閳D6所示的最后的分頻器631已經(jīng)從濾波器中去掉了。
一個(gè)輸入信號進(jìn)入加法器701。加法器701的輸出被送往分頻器705并乘上系數(shù)A。系數(shù)A決定了濾波器的截止頻率，它通常設(shè)置為小于1的數(shù)。在這個(gè)例子中，系數(shù)A設(shè)為2-10加上2-11，產(chǎn)生一個(gè)8Hz的濾波器截止頻率。分頻器705的輸出送到加法器711。加法器711的輸出用單位延遲塊715延遲。單位延遲塊715的輸出負(fù)反饋給加法器701，同時(shí)正反饋給加法器711，并正反饋給加法器726。加法器711還輸出到加法器726，加法器726將單位延遲塊715的輸出相加以產(chǎn)生一個(gè)輸出信號。
圖8是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的簡化一階低通數(shù)字濾波器的位串行實(shí)施圖。這個(gè)位串行濾波器可用在圖3所示的濾波塊350中。該濾波器產(chǎn)生一個(gè)輸出，該輸出在一段預(yù)定時(shí)間(例如20毫秒)內(nèi)具有來自圖3所示檢波器塊320信號的平均電平。
為構(gòu)成一24位IIR數(shù)字濾波器，將三個(gè)基本的位串行組成塊組合在一起。復(fù)位多數(shù)復(fù)用器800，813使得濾波器復(fù)位而不用附加的可復(fù)位觸發(fā)器。該觸發(fā)器在申請?zhí)枮镹o.08/631,321的題為″將位串行濾波器設(shè)置為全零狀態(tài)的方法和裝置″的發(fā)明(發(fā)明人是James C.Baker和DaniseRiemer)中作了說明。一輸入信號進(jìn)入加法器塊801。圖3中所示的位串行控制器390發(fā)出一個(gè)為″1″的控制信號c
作為每個(gè)進(jìn)入加法器的字的最低有效位LSB。位中繼器塊802在來自圖3所示位串行控制器390的控制信號c
和c[11]的指示下，通過將輸入字的每一位向右移動11位而將加法器塊801的輸出用2-11的系數(shù)分頻。同時(shí)，加法器塊801的輸出也進(jìn)入位中繼器塊804，在此按c
和c[10]的控制將輸入字作2-10分頻。位中繼器塊804的輸出由移位寄存器806延遲1位的時(shí)間周期，以便在控制信號c[12]變?yōu)楦唠娖綍r(shí)加數(shù)能同時(shí)到達(dá)加法器塊810。加法器塊810的輸出是來自加法器塊801并由系數(shù)A(等于2-10加上2-11分頻，以產(chǎn)生8Hz的濾波器截止頻率，采樣速率為32kHz。然后加法器塊810的輸出就進(jìn)入加法器塊811。圖3中的位串行控制器用信號C[12]指示何時(shí)一個(gè)字的LSB進(jìn)入加法器。
加法器塊811的輸出用移位寄存器815延遲了12倍的位時(shí)間周期(12/f位)。因?yàn)槲恢欣^器塊802，804和移位寄存器806已經(jīng)將一個(gè)字延遲了12位的時(shí)間周期，所以要在移位寄存器815的輸出端產(chǎn)生一個(gè)24位時(shí)間周期，只需要另外12位時(shí)間周期延遲即可。移位寄存器815的輸出負(fù)反饋給加法器塊801，同時(shí)通過移位寄存器817正反饋給加法器塊826。移位寄存器817將一個(gè)字延遲12倍的位時(shí)間周期(12/f位)，以便在控制信號c[12]變?yōu)楦唠娖綍r(shí)加數(shù)能到達(dá)加法器塊811和826。
圖9是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行分頻器和溢出檢測塊的實(shí)施圖。該分頻器和溢出檢測塊可用在圖3所示的分頻器塊360中。分頻器部分對于正向溢出檢測實(shí)現(xiàn)8倍的增益。然后分頻器的10個(gè)最高有效位被鎖定并保持一個(gè)完整的字周期，以用作乘法器增益項(xiàng)g[1]-g[10]。如果分頻器的輸出中檢測到溢出，乘法器增益項(xiàng)是無效的，并且分頻器塊340的輸出旁路繞過乘法塊380，如圖3所示。否則，最大的乘法器增益是由10位乘法器增益項(xiàng)(來自分頻器塊360)決定的1023/1024。
或(OR)門901，902，903與控制信號c[11]，c[15]，c[16]，c[17]一起產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)預(yù)置的字，作為乘法器增益項(xiàng)，表示有額定(2.9kHz)偏差的1kHz信號的電平。多數(shù)復(fù)用器905允許通過擴(kuò)展器使能信號在系統(tǒng)預(yù)置乘法器增益項(xiàng)和由擴(kuò)展器輸入信號計(jì)算出的增益項(xiàng)之間作出選擇。復(fù)位多數(shù)復(fù)用器910使得分頻器塊920復(fù)位而不必使用可復(fù)位的觸發(fā)器，這種觸發(fā)器在申請?zhí)枮镹o.08/631,321的題為″將位串行濾波器設(shè)置為全零狀態(tài)的方法和裝置″的發(fā)明(發(fā)明人是James C.Baker和DaniseRiemer)中作了說明。分頻器塊920的一個(gè)輸出是8倍分頻后的一個(gè)輸入字，它被移位寄存器950延遲1個(gè)位時(shí)間周期，以將此輸出與分頻器塊920的其它指示溢出是否發(fā)生的輸出同步。鎖定塊960將輸出的10個(gè)最高有效位保持，以用作乘法器增益項(xiàng)g[1]-g[10]。分頻器塊920和鎖存器塊960在下面將作更詳細(xì)的說明。
圖10是根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的帶有正溢出檢測電路的位串行分頻器塊的詳細(xì)圖。該分頻器可用在圖9所示的分頻器塊920中。因?yàn)檩斎氲皆撾娐返男盘柨偸钦?，所以只需檢測正的溢出。用觸發(fā)器1010，1011，1012將一個(gè)字的每一位向左移三位產(chǎn)生乘上2-3的結(jié)果，得到乘8的輸出。在字的最高有效位MSB到達(dá)之前是檢測不到溢出的。這樣，這個(gè)塊的溢出檢測的合適時(shí)間是在控制信號c[23]為″1″時(shí)。如果輸入字的三個(gè)最高有效位在觸發(fā)器1010，1011，1012中時(shí)，或(OR)門1020，1021即指示觸發(fā)器中是否是″1″。如果當(dāng)信號c[23]為高電平，在這三個(gè)觸發(fā)器中有1個(gè)以上是″1″時(shí)，就指示有溢出，溢出信號發(fā)往圖9所示的鎖存器塊960。
圖11是根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的10位鎖存器的詳細(xì)圖。該電路可用于圖9所示的鎖存器塊960中，以將分頻器塊920輸出的10個(gè)最高有效位和溢出檢測信號鎖存1個(gè)字周期。當(dāng)控制信號c[22]是″1″時(shí)，分頻器塊920輸出的10個(gè)最高有效位將位于觸發(fā)器1101-1109。當(dāng)下一個(gè)控制信號c[23]變?yōu)椤?″時(shí)，這些位將傳送給觸發(fā)器1111-1120，并受反相器1130的信號控制而以并行格式保持一個(gè)字周期。溢出檢測信號由觸發(fā)器1140鎖存和保持。
圖12是根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的乘法器的詳細(xì)圖。該乘法器可用于圖3所示的乘法器塊380。來自圖9所示鎖存器塊960的10位字以并行格式發(fā)往各個(gè)與(AND)門1201-1210的第一個(gè)輸入端，同時(shí)一個(gè)24位字以位串行格式發(fā)往各個(gè)與(AND)門的另一個(gè)輸入端。10個(gè)位中繼器1221-1230將位串行輸入作2-1到2-10的分頻。分頻僅對那些增益項(xiàng)設(shè)為″1″并通過與(AND)門的位進(jìn)行。移位寄存器1241-1249將位中繼器的輸出同步，從而將10個(gè)分頻后的位通過加法器1251-1259累加，以產(chǎn)生一個(gè)24位輸出字。
回到圖3，當(dāng)通過反相器373的控制信號c[5]設(shè)置觸發(fā)器時(shí)，多數(shù)復(fù)用器385根據(jù)通過D觸發(fā)器375的溢出檢測信號是否為高電平而確定是使乘法器380的輸出通過還是僅僅讓雙分頻器塊340的第一個(gè)被分頻的輸出通過。如果發(fā)生溢出，乘法器塊380的輸出就無效了。于是，雙分頻器340的第一個(gè)輸出直接發(fā)往分頻器和限幅器塊395。如果未檢測到溢出，乘法器塊380的輸出就發(fā)往分頻器和限幅器塊395。
圖13是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的位串行分頻和限幅電路的實(shí)施圖。這個(gè)分頻和限幅電路可用于圖3所示的分頻器和限幅器塊395。多數(shù)復(fù)用器385的輸出優(yōu)選被分頻以增加信號的動態(tài)范圍。但是，分頻信號可能超過接收機(jī)的動態(tài)范圍，這樣就要限幅。復(fù)位多數(shù)復(fù)用器1300可以將電路設(shè)置為全零狀態(tài)而不需使用可復(fù)位觸發(fā)器，這種觸發(fā)器可見于申請?zhí)枮镹o.08/631,321的題為″將位串行濾波器設(shè)置為全零狀態(tài)的方法和裝置″的發(fā)明(發(fā)明人是James C.Baker和Danise Riemer)。觸發(fā)器1310，1311將字中的每一位向左移動兩位以得到四分頻的結(jié)果。當(dāng)控制信號c[23]為高電平時(shí)，符號位就在觸發(fā)器1310的輸入中，而其后的兩個(gè)最高有效位(MSB)則輸出到觸發(fā)器1310，1311中。這三個(gè)位發(fā)往正溢出檢測電路1340和負(fù)溢出檢測電路1350。邏輯門1341-1343判定正溢出是否發(fā)生，而邏輯門1351-1353則判定負(fù)溢出是否發(fā)生?；?OR)邏輯門1361和觸發(fā)器1363指示溢出是否發(fā)生，而觸發(fā)器1362則具體指明負(fù)溢出是否發(fā)生。當(dāng)控制信號c[23]為″1″時(shí)，觸發(fā)器按反相器1390來的信號指示將溢出檢測信號鎖存。
如果發(fā)生了溢出，多數(shù)復(fù)用器1370就收到一個(gè)高的溢出檢測信號，并要根據(jù)溢出是正還是負(fù)來傳送最大正值數(shù)字字或是最大負(fù)值數(shù)字字。如果溢出為負(fù)，具有異或門(XOR)1364和反相器1365的最大值字發(fā)生器1366將通過最低的可能值字。如果溢出為正，最大值字發(fā)生器1366將通過最高的可能值字。最低和最高的可能值字用控制信號c[21]和來自負(fù)溢出檢測電路1350的負(fù)溢出信號產(chǎn)生，作為異或(XOR)門1364的輸入。如果沒有溢出，來自移位寄存器1312的信號就通過多數(shù)復(fù)用器1370而不受干擾。多數(shù)復(fù)用器1370的輸出優(yōu)選為位串行數(shù)字?jǐn)U展器的輸出。
這樣，可以用一個(gè)位串行擴(kuò)展器來減少門的數(shù)目、硅面積、以及電路的電流消耗。盡管在上面對位串行擴(kuò)展器的具體部件及功能作了說明，由熟練的技術(shù)人員對其功能的增加或減少都屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。本發(fā)明僅由附加的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種具有一個(gè)信號輸入的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于包括一個(gè)位串行雙分頻器與所述信號輸入耦連；一個(gè)位串行檢波器與該位串行雙分頻器的第一個(gè)輸出耦連；一個(gè)位串行濾波器，與該位串行檢波器的輸出耦連；以及一個(gè)位串行乘法器與該位串行雙分頻器耦連，并與該位串行濾波器的輸出耦連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于還包括一帶有正溢出檢測電路的位串行分頻器，該電路耦連于該位串行濾波器的輸出和該位串行乘法器之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于，帶有正溢出檢測電路的位串行分頻器包括至少一個(gè)觸發(fā)器，用于對輸入信號分頻；以及一個(gè)與每個(gè)(至少一個(gè))觸發(fā)器的輸出相連的正溢出檢測電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于還包括一個(gè)開關(guān)，其第一個(gè)輸入與所述位串行乘法器的輸出相連，其第二個(gè)輸入與所述位串行雙分頻器的第一個(gè)輸出相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于還包括一位串行分頻和限幅電路，其與所述開關(guān)的輸出相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于，所述位串行雙分頻器具有一信號輸入，并包括一第一位中繼器與信號輸入相連；以及一第二位中繼器與該第一位中繼器的輸出耦連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于，所述位串行檢波器包括一移位寄存器，具有一個(gè)字時(shí)間周期的的延遲；一觸發(fā)器，與該移位寄存器的輸入耦連；以及一邏輯門，與所述移位寄存器和觸發(fā)器耦連，其中所述觸發(fā)器在字的符號位輸入所述移位寄存器時(shí)將該字的符號位鎖存。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于，所述位串行濾波器包括一個(gè)數(shù)字濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于，所述位串行濾波器包括一低通濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的位串行數(shù)字?jǐn)U展器，其特征在于，所位串行乘法器包括一第一邏輯門，其具有一位串行輸入和一位并行輸入；一第二邏輯門，其具有一位串行輸入和一位并行輸入；一第一位中繼器，其與所述第一邏輯門的輸出耦連；一移位寄存器，其與所述第一位中繼器的輸出耦連；一第二位中繼器，其與所述第二邏輯門的輸出耦連；一加法器，其與所述第二位中繼器和移位寄存器的輸出耦連。
全文摘要
一種位串行擴(kuò)展器,包括一位串行對分頻器塊(340),一位串行檢波器塊(320),一位串行低通數(shù)字濾波塊(350),一帶有溢出檢測塊的位串行分頻器(360),一位串行乘法器塊(380),以及一位串行分頻器和限幅器塊(395)。該位串行擴(kuò)展器可用于AMPS蜂窩式電話接收機(jī)中,以生產(chǎn)一種接收機(jī),其與相同功能的并行結(jié)構(gòu)的接收機(jī)相比具有較小硅面積,較少門數(shù)目和較低電流消耗的特點(diǎn)。
文檔編號H03G7/00GK1175135SQ9710420
公開日1998年3月4日 申請日期1997年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月31日
發(fā)明者詹姆斯C·貝克 申請人:摩托羅拉公司