專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于td-scdma和4g終端的脈沖密度調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型提出一種用于TD-SCDMA、B3G(Beyond3G)、4G(第四代移動(dòng)通信)終端的脈沖密度調(diào)制器，屬移動(dòng)通信技術(shù)制造領(lǐng)域。冃尿忮不在數(shù)字信號(hào)處理中，常常需要將多位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為一位數(shù)字信號(hào)。例如，在通信領(lǐng)域，接收器接收到經(jīng)過(guò)編碼的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，需將它轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，即將原來(lái)的模擬語(yǔ)音信號(hào)復(fù)原。經(jīng)過(guò)編碼的語(yǔ)音信號(hào)，通常是多位的比特流。因此，如何將多位比特流轉(zhuǎn)化為模擬語(yǔ)音信號(hào)，便成為保證通信質(zhì)量的關(guān)鍵。又如，在一些控制電路中，控制信號(hào)是經(jīng)過(guò)計(jì)算生成的多位數(shù)字信號(hào)，而這些數(shù)字信號(hào)必須轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)才能對(duì)電路進(jìn)行控制。因此，如何將多位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為符合實(shí)際要求的模擬信號(hào)，則成為控制電路設(shè)計(jì)者最關(guān)心的問(wèn)題。在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中，面對(duì)上述問(wèn)題時(shí)，通常選擇使用由多個(gè)分離的電子元器件組成的D/A轉(zhuǎn)換器，有時(shí)我們也稱(chēng)它為靜態(tài)D/A轉(zhuǎn)換器。但是由于靜態(tài)D/A轉(zhuǎn)換器的組成結(jié)構(gòu)，決定了它在系統(tǒng)中，必須占用一定的空間及消耗一定量的功率。于是在那些要求攜帶方便的系統(tǒng)方案中，靜態(tài)D/A轉(zhuǎn)換器就不得不被替換掉。f是人們選擇所謂"數(shù)字基礎(chǔ)"的D/A轉(zhuǎn)換器。而用于數(shù)字D/A轉(zhuǎn)換的方法有2種PWM(PulseWidthModulation)脈沖寬度調(diào)制和PDM(PulseDensityModulation)脈沖密度調(diào)制。這種數(shù)字D/A轉(zhuǎn)換器所占用的物理空間比較小，消耗的功率也比較小。因此，適用f對(duì)系統(tǒng)硬件大小以及功耗要求比較嚴(yán)格的系統(tǒng)。早在20世紀(jì)40年代，PWM就開(kāi)始被應(yīng)用在電話中.，由于PWM的局限性，人們?cè)诙旰?，提出了PDM調(diào)制方法。但由于當(dāng)時(shí)的應(yīng)用市場(chǎng)尚不成規(guī)模，因而這種調(diào)制方法一直未能得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。近年來(lái)，由于數(shù)字技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)字產(chǎn)品飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理開(kāi)始得到越來(lái)越多的關(guān)注。于是PDM調(diào)制技術(shù)重新得到重視，并被應(yīng)用在不同的領(lǐng)域中。PDM是一種在數(shù)字領(lǐng)域提供模擬信號(hào)的調(diào)制方法。在PDM信號(hào)中，邏輯"l"表示單個(gè)脈沖，邏輯"o"表示沒(méi)有脈沖。通常邏輯"i"和邏輯"o"是不連續(xù)的，邏輯"r比較均勻地分布在每個(gè)調(diào)制信號(hào)周期里。其中單個(gè)脈沖并不表示幅值，而--系列脈沖的密度才對(duì)應(yīng)于模擬信號(hào)中的幅值。完全由'T'組成的PDM信號(hào)對(duì)應(yīng)于幅值為正的電壓；而完全由"O"組成的PDM信號(hào)則對(duì)應(yīng)于負(fù)幅值的電壓；由'T'和"O"交替組成的信號(hào)則對(duì)應(yīng)于0幅值的電壓。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)PDM調(diào)制后，經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的低通濾波器就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換。在RC濾波電路中，選用不同的R、C值，對(duì)f調(diào)制結(jié)果的精度以及上升沿和下降沿的持續(xù)時(shí)間有很大的影響。因此，合理選取R、C值，使得交流成分的大小和響應(yīng)速度都能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在近幾年里，PDM技術(shù)廣泛地應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域中。在通信領(lǐng)域，許多通信工具中的語(yǔ)音信號(hào)還原都使用了PDM技術(shù)。幾乎所有CDMA手機(jī)中，都使用了PDM的專(zhuān)利技術(shù)。在控制領(lǐng)域，許多控制單元如電源管理中PDM技術(shù)也有應(yīng)用。在音頻電子領(lǐng)域，PDM技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，如許多消費(fèi)電子產(chǎn)品中的數(shù)字化麥克風(fēng)。當(dāng)然，PDM技術(shù)也有其局限性。例如，當(dāng)需要調(diào)制的數(shù)字信號(hào)位數(shù)增加時(shí)，調(diào)制周期就相應(yīng)變長(zhǎng)，濾波器的響應(yīng)速度也相應(yīng)變慢。而在應(yīng)用于D/A轉(zhuǎn)換的調(diào)制方法中，PDM技術(shù)無(wú)疑是一種比較理想的調(diào)制方法。
發(fā)明內(nèi)容圖1是本設(shè)計(jì)提出的用于TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端的脈沖密度調(diào)制系統(tǒng)組成框圖。該脈沖密度調(diào)制系統(tǒng)由以下部件構(gòu)成以DSP為核心的控制器101、脈沖密度調(diào)制器PDM102、時(shí)鐘生成器103、脈沖密度調(diào)制器片外RC低通濾波器104。其中，DSPIOI為脈沖密度調(diào)制器PDM102提供控制信號(hào)，控制脈沖密度調(diào)制器PDM102輸出信號(hào)的電平幅度以及輸出信號(hào)的刷新速率。時(shí)鐘生成器103為脈沖密度調(diào)制器PDM102提供工作時(shí)鐘信號(hào)。片外RC低通濾波器104則用于將脈沖密度調(diào)制器PDM102的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。在上述脈沖密度調(diào)制系統(tǒng)中，脈沖密度調(diào)制器PDM102由以下部件構(gòu)成(如圖2所示)DSP接口201、時(shí)鐘門(mén)控單元203、時(shí)鐘分頻器202、累加器204、或門(mén)205、輸出寄存器206、復(fù)位電路208、輸出控制電路207。如圖2所示。在上述組成中，DSP接口201，作為脈沖密度調(diào)制器PDM102與外部的DSP101之間的輸入輸出接口，對(duì)外與DSPIOI之間具有連接接口，對(duì)內(nèi)則與PDM102內(nèi)部的時(shí)鐘分頻器202、累加器204、或門(mén)205、復(fù)位電路208之間具有信號(hào)連接關(guān)系。時(shí)鐘門(mén)控單元203從外部時(shí)鐘生成器103接收時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)從外部時(shí)鐘生成器103接收PDM時(shí)鐘使能控制信號(hào)，在PDM時(shí)鐘使能控制信號(hào)的作用下，對(duì)外部時(shí)鐘生成器103輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行門(mén)控，產(chǎn)生脈沖密度調(diào)制器PDM102內(nèi)部的工作時(shí)鐘信號(hào)，并將PDM102內(nèi)部的T作時(shí)鐘信號(hào)輸出到時(shí)鐘分頻器202、累加器204、輸出寄存器206、復(fù)位電路208。時(shí)鐘分頻器202從時(shí)鐘門(mén)控單元203接收工作時(shí)鐘信號(hào)，從DSP接口20接收時(shí)鐘分頻控制信號(hào)，在時(shí)鐘分頻控制信號(hào)的作用下，利用其內(nèi)部計(jì)數(shù)器完成分頻，將分頻輸出信號(hào)提供給累加器204使用。累加器204從DSP接口201接收控制信號(hào)，從時(shí)鐘分頻器202接收時(shí)鐘分頻信號(hào)，從復(fù)位電路208接收復(fù)位信號(hào)，以及從時(shí)鐘門(mén)控單元203接收工作時(shí)鐘信號(hào)。累加器204輸出結(jié)果到或門(mén)205?；蜷T(mén)205對(duì)來(lái)自累加器204的累加結(jié)果以及來(lái)自DSP接口201的信號(hào)做或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出到輸出寄存器206進(jìn)行寄存。輸出寄存器206寄存來(lái)自或門(mén)205的運(yùn)算結(jié)果，按內(nèi)部工作時(shí)鐘同步輸出到輸出控制電路207。輸出控制電路207接收來(lái)自輸出寄存器206的輸出，以及來(lái)自DSP接口201的控制信號(hào)。在來(lái)自DSP接口201的控制信號(hào)作用下，將來(lái)自輸出寄存器206的輸出發(fā)送到外部的RC低通濾波器104。由RC低通濾波器104完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。復(fù)位電路208根據(jù)通過(guò)DSP接口201接收到的來(lái)自外部DSP101的復(fù)位信號(hào)，并按照PDM102內(nèi)部工作時(shí)鐘節(jié)拍，同步產(chǎn)生PDM102內(nèi)部復(fù)位信號(hào)，將PDM102內(nèi)部復(fù)位信號(hào)發(fā)送到PDM102內(nèi)部的累加器204、時(shí)鐘分頻器202。PDM102與外部及其內(nèi)部的詳細(xì)輸入輸出信號(hào)關(guān)系，如圖3所示DSP接口201的輸入輸出信號(hào)如表1所示。時(shí)鐘門(mén)控單元203的輸入輸出信號(hào)如表2所示。累加器204的輸入輸出信號(hào)如表3所示。時(shí)鐘分頻器202的輸入輸出信號(hào)如表4所示?；蜷T(mén)205的輸入輸出信號(hào)如表5所示。輸出寄存器206的輸入輸出信號(hào)如表6所示。輸出控制電路207的輸入輸出信號(hào)如表7所示。復(fù)位電路208的輸入輸出信號(hào)如表8所示。PDM102輸出邏輯1和邏輯0。它的輸出是通過(guò)一個(gè)模擬低通片外濾波器產(chǎn)生一個(gè)模擬值。當(dāng)它輸出高電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近電源電壓Vcc(在本設(shè)計(jì)中為3.3V)，而當(dāng)它輸出低電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近于地GND電壓。PDM102應(yīng)具備有足夠的分辨率來(lái)執(zhí)行上述任務(wù)。目前，我們期望獲得12比特的分辨率。并且，PDM102可以輸出從VL到VH(其中Vl是邏輯低電平對(duì)應(yīng)的電壓，Vh是邏輯高電平對(duì)應(yīng)的電壓)范圍內(nèi)的所有電壓值。同時(shí)，PDM102的輸出還可以被設(shè)置成高阻態(tài)Hi-Z(即，PDM輸出被設(shè)置成輸出禁止。輸出禁止僅在輸出腳執(zhí)行)。PDM102的刷新速率可以由DSP101用DSP軟件/固件來(lái)設(shè)置，更快的刷新速率對(duì)應(yīng)f更短的刷新周期。在目前的TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端中，通常會(huì)同時(shí)使用多個(gè)PDM。在多數(shù)情況下，所有的PDM可以被分成若干組。每一組可以包含若干個(gè)PDM。每組PDM可以單獨(dú)使能。這些組均由PDM時(shí)鐘使能信號(hào)PDM—CLK—EN信號(hào)控制。每一組PDM均有自己的復(fù)位電路。PDM102運(yùn)行時(shí)使用的VCTCXO的頻率為19.6608MHz或者19.68MHz。每次PDM102收到DSP的復(fù)位信號(hào)時(shí)進(jìn)行復(fù)位，此時(shí)PDM102被初始化為高阻態(tài)。當(dāng)PDM102被設(shè)置成高軌電平輸出(Rail-Hi)或者是高阻態(tài)，PDM102的內(nèi)部時(shí)鐘分頻器202停止工作。每一個(gè)PDM內(nèi)部的DSP接口201主要由DSP地址總線(DSP_PDM—A)的地址譯碼器和數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成。DSP接口201完成對(duì)地址總線(DSP_—PDM—A)的地址譯碼。當(dāng)譯碼出的地址落入對(duì)應(yīng)于PDM的內(nèi)存映射時(shí)，DSP數(shù)據(jù)總線發(fā)送到DSP接口201中的數(shù)據(jù)被寄存到相應(yīng)的寄存器中。每一個(gè)PDM都由其DSP接口中的一個(gè)16比特的寄存器所控制，后者被稱(chēng)為PDM寄存器。該P(yáng)DM寄存器中的存儲(chǔ)比特結(jié)構(gòu)如圖4所示。如圖4所示，標(biāo)為"PDMValue"的比特位中的值表不在一個(gè)212周期內(nèi)高電平脈沖的數(shù)目(處于正常模式時(shí))。DSP101通過(guò)其與脈沖密度調(diào)制器PDM102之間的地址總線、數(shù)據(jù)總線'與PDM寄存器，在VL到((212-l)/212)*(VH-VL)的范闈內(nèi)設(shè)置PDMValue值。如圖4所示，PDM寄存器中的比特位OE一B禾nRAIL—Hl被用作模式比特，OE一B和RAIL—HI的值來(lái)自DSP的內(nèi)存映射寄存器。DSP接口201寄存這些信號(hào)并提供給PDM內(nèi)部相關(guān)模塊使用。如圖4所示，要將PDM102設(shè)置成輸出VH，需要將模式比特設(shè)置成"01"，如表9和表11所示。(若要輸出低電平，可以將PDM模式比特設(shè)置為成"OO"。)若要禁止PDM102輸出，需要OE一B比特置成"1"，如表9和表ll所示。時(shí)鐘分頻比率比特位用來(lái)對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，將輸入時(shí)鐘降低到PDM刷新速率，如表10所示。較長(zhǎng)的刷新周期可以節(jié)省電源功率，但要求在PDM輸出電路使用較大的RC值。該P(yáng)DM寄存器對(duì)于DSP也是可讀的。表9模式比特說(shuō)明。表10時(shí)鐘分頻比特說(shuō)明表IIPDM寄存器用法舉例如圖5所示，累加器模塊204由-一個(gè)加法器和一個(gè)相同比特寬度的寄存器構(gòu)成。目貼該加法器是一個(gè)脈動(dòng)進(jìn)位加法器，累加器模塊204是PDM的"心臟"(即核心)在復(fù)位時(shí)，累加器模塊204內(nèi)部寄存器的所有比特位被置成0。否則，在獲得時(shí)鐘使能信號(hào)(CK一EN)條件下，在每一個(gè)時(shí)鐘(CK一PDM)脈沖，累加器模塊204內(nèi)部寄存器將保持其值等于該寄存器當(dāng)前值與PDM—VALUE相加的結(jié)果。加法器輸出的最高有效位比特即是PDM值(該過(guò)程需要在采用輸出使能、高軌電平控制、寄存等信號(hào)等發(fā)送消息之前完成)。如圖2和圖3所示，圖2和圖3中的時(shí)鐘分頻器202產(chǎn)生用于累加器模塊204的時(shí)鐘使能信號(hào)(CLK—EN)。該模塊的用途是對(duì)通過(guò)分頻降低時(shí)鐘頻率來(lái)降低累加器模塊的耗電。為進(jìn)一步省電，當(dāng)輸出禁止或當(dāng)PDM輸出被設(shè)置成RAIL—ffl模式時(shí)，時(shí)鐘分頻爭(zhēng)元202也被禁止輸出。時(shí)鐘分頻器202還被用于實(shí)現(xiàn)對(duì)PDM工作時(shí)鐘分頻。利用PDM寄存器的時(shí)鐘分頻比率比特CLKSELECT比特設(shè)定分頻比率(請(qǐng)參見(jiàn)表10:時(shí)鐘分頻比特說(shuō)明)<;在復(fù)位時(shí)(收到ARSTLB信號(hào))，時(shí)鐘分頻器202的值被置成0。如圖2和圖3所示，PDM102內(nèi)部的時(shí)鐘門(mén)控單元203還使用來(lái)自外部時(shí)鐘生成器CLK—GEN模塊103產(chǎn)生的PDM時(shí)鐘使能信號(hào)PDM—CLK一EN信號(hào)。它使用該信號(hào)門(mén)控時(shí)鐘CK—VCTCXO，從而獲得供給各PDM的內(nèi)部時(shí)鐘CK—PDM。如圖6所示，利用一個(gè)一階rc濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)pdm輸出的片外低通濾波。用"r表示PDM輸出PDM—OUTPUT的刷新次數(shù)(即，當(dāng)CLK—EN有效時(shí)，在時(shí)鐘CK—PDM的一個(gè)上升沿出現(xiàn)時(shí)的刷新次數(shù))，其中r是PDM刷新速率的倒數(shù)。這樣，若用^p/")表示pdm—output在時(shí)刻的輸出電壓，用印^表示在時(shí)刻"r的模擬輸出電壓，則不難得到,=〖'卿r"W-e-潔c)+r度，如圖7所示。通ii建立一個(gè)圖5所示累加器的SPW(signalprocessingworkstation,信號(hào)處理工作站)模型，以及建立一個(gè)圖7所示電路的SPW模型，就可以在各種不同的PDM寄存器值PDM—VALUE、各種不同的刷新速率、各種不同RC常數(shù)條件下，采用SPW仿真來(lái)i卜算PDM的模擬輸出電壓波形r(w。利用這個(gè)方法，對(duì)于給定的PDM值寄存器，我們測(cè)算了經(jīng)過(guò)濾波的PDM輸出到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的峰-峰紋波電壓。到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時(shí)間由RC時(shí)間常數(shù)決定，正如同--階濾波器的單步響應(yīng)時(shí)間的情形(即信號(hào)在經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間常數(shù)后到達(dá)最終均值的63%)。到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之后，該紋波電壓的值取決于pdm寄存器的值。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)pdm值為最小和最大時(shí)，紋波電壓的值最大。當(dāng)設(shè)定PDM的值小于0x008，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出紋波電壓的增加值可以忽略(在較高的PDM值時(shí)情況類(lèi)似)。最大的峰-峰紋波電壓P'^p/e、基丁-19.68MHz時(shí)鐘(即最大刷新速率為1968MHz)的可選刷新速率的濾波器時(shí)間常數(shù)如表12所示。時(shí)間常數(shù)RC的選擇要保證可以提供給濾波器所要求的全部響應(yīng)時(shí)間，在選擇RC后，為了避免不必要的電源消耗，在^^p/e得到滿足的前提下，應(yīng)盡可能選擇較慢的刷新速度。圖1是脈沖密度調(diào)制系統(tǒng)組成框圖。圖2是脈沖密度調(diào)制器PDM的組成框圖。圖3是脈沖密度調(diào)制器PDM輸入輸出信號(hào)描述圖。圖4是脈沖密度調(diào)制器PDM寄存器的存儲(chǔ)比特結(jié)構(gòu)描述圖。圖5是脈沖密度調(diào)制器PDM內(nèi)部累加器框圖。圖6是脈沖密度調(diào)制器PDM片外RC低通濾波器示意圖。圖7是計(jì)算離散時(shí)刻的模擬輸出電壓示意圖,，表l是dsp接u201的輸入輸出信號(hào)。表2是時(shí)鐘門(mén)控單元203的輸入輸出信號(hào)。表3是累加器204的輸入輸出信號(hào)u表4是時(shí)鐘分頻器202的輸入輸出信號(hào)。表5是或門(mén)205的輸入輸出信號(hào)。表6是輸出寄存器206的輸入輸出信號(hào)。表7是輸出控制電路207的輸入輸出信號(hào)。表8是復(fù)位電路208的輸入輸出信號(hào)。表9是模式比特說(shuō)明。表io是時(shí)鐘分頻比特說(shuō)明。表n是PDM寄存器用法舉例。表12是最大紋波電壓{;7>/^和刷新速率以及RC常數(shù)的關(guān)系。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:圖1是本設(shè)計(jì)提出的用于TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端的脈沖密度調(diào)制系統(tǒng)組成框圖。該脈沖密度調(diào)制系統(tǒng)由以下部件構(gòu)成DSP為核心的控制器lOl、脈沖密度調(diào)制器PDM102、時(shí)鐘生成器103、脈沖密度調(diào)制器片外RC低通濾波器104，DSP控制器101的信號(hào)端接脈沖密度調(diào)制器102和時(shí)鐘生成器103的信號(hào)端，時(shí)鐘牛成器103的信號(hào)輸出端接脈沖密度調(diào)制器102的信號(hào)輸入端，脈沖密度調(diào)制器102的信號(hào)輸出端接(脈沖密度調(diào)制器片外)RC低通濾波器104的信號(hào)輸入端；其屮，DSPIOI為脈沖密度調(diào)制器PDM102提供控制信號(hào)，控制脈沖密度調(diào)制器PDM102輸出信號(hào)的電平幅度以及輸出信號(hào)的刷新速率。時(shí)鐘生成器103為脈沖密度調(diào)制器PDM102提供工作時(shí)鐘信號(hào)。RC低通濾波器104則用于將脈沖密度調(diào)制器PDM102的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。在上述脈沖密度調(diào)制系統(tǒng)中，脈沖密度調(diào)制器PDM102由以下部件構(gòu)成(如圖2所示)DSP接口201、時(shí)鐘門(mén)控單元203、時(shí)鐘分頻器202、累加器204、或門(mén)205、輸出寄存器206、復(fù)位電路208、輸出控制電路207;DSP接口201分別接復(fù)位電路208、或門(mén)205、輸出控制電路207、時(shí)鐘分頻器202、累加器204的信號(hào)輸入端，累加器204的信號(hào)輸出端接或門(mén)205的信號(hào)輸入端，或門(mén)205的信號(hào)輸入端接輸出寄存器206的信號(hào)輸入端，輸出寄存器206的信號(hào)輸出端接輸出控制電路207的信號(hào)輸入端，輸出控制電路207的信號(hào)輸出端接RC低通濾波器104的信號(hào)輸入端，時(shí)鐘分頻器202的信號(hào)輸出端接累加器204的信號(hào)輸入端，時(shí)鐘生成器103的信號(hào)輸出端接時(shí)鐘門(mén)控單元203的信號(hào)輸入端，時(shí)鐘門(mén)控單元203的信號(hào)輸出端分別接復(fù)位電路208、時(shí)鐘分頻器202、累加器204、輸出寄存器206的信號(hào)輸入端。如圖2所示。在上述組成中，DSP接口201，作為脈沖密度調(diào)制器PDM102^外部的DSP101之間的輸入輸出接口，對(duì)外與DSPIOI之間具有連接接口，對(duì)內(nèi)則與PDM102內(nèi)部的時(shí)鐘分頻器202、累加器204、或門(mén)205、復(fù)位電路208之間具有信號(hào)連接關(guān)系。時(shí)鐘門(mén)控單元203從外部時(shí)鐘生成器103接收時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)從外部時(shí)鐘生成器103接收PDM時(shí)鐘使能控制信號(hào)，在PDM時(shí)鐘使能控制信號(hào)的作用下，對(duì)外部時(shí)鐘生成器103輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行門(mén)控，產(chǎn)生脈沖密度調(diào)制器PDM102內(nèi)部的工作時(shí)鐘信號(hào)，并將PDM102內(nèi)部的工作時(shí)鐘信號(hào)輸出到時(shí)鐘分頻器202、累加器204、輸出寄存器206、復(fù)位電路208。時(shí)鐘分頻器202從時(shí)鐘門(mén)控單元203接收工作時(shí)鐘信號(hào)，從DSP接口201接收時(shí)鐘分頻控制信號(hào)，在時(shí)鐘分頻控制信號(hào)的作用下，利用其內(nèi)部計(jì)數(shù)器完成分頻，將分頻輸出信號(hào)提供給累加器204使用。累加器204從DSP接口201接收控制信號(hào)，從時(shí)鐘分頻器202接收時(shí)鐘分頻信號(hào)，從復(fù)位電路208接收復(fù)位信號(hào)，以及從時(shí)鐘門(mén)控單元203接收工作時(shí)鐘信號(hào)。累加器204輸出結(jié)果到或門(mén)205?；蜷T(mén)205對(duì)來(lái)自累加器204的累加結(jié)果以及來(lái)自DSP接口201的信號(hào)做或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出到輸出寄存器206進(jìn)行寄存。輸出寄存器206寄存來(lái)自或門(mén)205的運(yùn)算結(jié)果，按內(nèi)部工作時(shí)鐘同步輸出到輸出控制電路207。輸出控制電路207接收來(lái)自輸出寄存器206的輸出，以及來(lái)自DSP接口201的控制信號(hào)。在來(lái)自DSP接口201的控制信號(hào)作用下，將來(lái)自輸出寄存器206的輸出發(fā)送到外部的RC低通濾波器104。由RC低通濾波器104完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。復(fù)位電路208根據(jù)通過(guò)DSP接口201接收到的來(lái)自外部DSP101的復(fù)位信號(hào)，并按照PDM102內(nèi)部丄作時(shí)鐘節(jié)拍，同步產(chǎn)生PDM102內(nèi)部復(fù)位信號(hào)，將PDM102內(nèi)部復(fù)位信號(hào)發(fā)送到PDM102內(nèi)部的累加器204、時(shí)鐘分頻器202。實(shí)施例2:PDM102與外部及其內(nèi)部的詳細(xì)輸入輸出信號(hào)關(guān)系，如圖3所示。DSP接口201的輸入輸出信號(hào)如表1所示。時(shí)鐘門(mén)控單元203的輸入輸出信號(hào)如表2所示。累加器204的輸入輸出信號(hào)如表3所示。時(shí)鐘分頻器202的輸入輸出信號(hào)如表4所示。或門(mén)205的輸入輸出信號(hào)如表5所示。輸出控制電路207的輸入輸出信號(hào)如表7所示。復(fù)位電路208的輸入輸出信號(hào)如表8所示。實(shí)施例3:PDM102輸出邏輯1和邏輯O。它的輸出是通過(guò)一個(gè)模擬低通片外濾波器產(chǎn)生一個(gè)模擬值。當(dāng)它輸出高電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近電源電壓Vcc(在本設(shè)計(jì)中為3.3V)，而當(dāng)它輸出低電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近于地GND電壓,，PDM102應(yīng)具備有足夠的分辨率來(lái)執(zhí)行上述任務(wù)。目前，我們期望獲得12比特的分辨率。并且，PDM102可以輸出從VL到VH(其中VY是邏輯低電平對(duì)應(yīng)的電壓，Vh是邏輯高電平對(duì)應(yīng)的電壓)范圍內(nèi)的所有電壓值。同時(shí)，PDM102的輸出還可以被設(shè)置成高阻態(tài)Hi-Z(即，PDM輸出被設(shè)置成輸出禁止。輸出禁止僅在輸出腳執(zhí)行)。PDM102的刷新速率可以由DSP101用DSP軟件/固件來(lái)設(shè)置，更快的刷新速率對(duì)應(yīng)于更短的刷新周期。在目前的TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端中，通常會(huì)同時(shí)使用多個(gè)PDM。在多數(shù)情況下，所有的PDM可以被分成若干組。每鄰可以包含若干個(gè)PDM。每組PDM可以單獨(dú)使能。這些組均由PDM時(shí)鐘使能信號(hào)PDM—CLK一EN信號(hào)控?fù)鬷j。每一組PDM均有自己的復(fù)位電路。PDM102運(yùn)行時(shí)使用的VCTCXO的頻率為19.6608MHz或者19.68MHz。每次PDM102收到DSP的復(fù)位信號(hào)時(shí)進(jìn)行復(fù)位，此時(shí)PDM102被初始化為高阻態(tài)。當(dāng)PDM102被設(shè)置成高軌電平輸出(Rail-Hi)或者是高阻態(tài)，PDM102的內(nèi)部時(shí)鐘分頻器202停止工作。實(shí)施例4:每一個(gè)PDM內(nèi)部的DSP接口201主要由DSP地址總線(DSP—PDM—A)的地址譯碼器和數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成。DSP接口201完成對(duì)地址總線(DSP—PDM_A)的地址譯碼。當(dāng)譯碼出的地址落入對(duì)應(yīng)fPDM的內(nèi)存映射時(shí)，DSP數(shù)據(jù)總線發(fā)送到DSP接口201中的數(shù)據(jù)被寄存到相應(yīng)的寄存器中。每一個(gè)PDM都由其DSP接口中的一個(gè)16比特的寄存器所控制，后者被稱(chēng)為PDM寄存器。該P(yáng)DM寄存器中的存儲(chǔ)比特結(jié)構(gòu)如圖4所示。如圖4所示，標(biāo)為"PDMValue"的比特位中的值表示在一個(gè)212周期內(nèi)卨電平脈沖的數(shù)目(處于正常模式時(shí))。DSP101通過(guò)其與脈沖密度調(diào)制器PDM102之間的地址總線、數(shù)據(jù)總線寫(xiě)PDM寄存器，在V,,至U((212-1)/212)*(VH-V。的范圍內(nèi)設(shè)置PDMValue值。如圖4所示，PDM寄存器中的比特位OE—B禾l]RAIL—HI被用作模式比特，OE—B和RAIL—HI的值來(lái)自DSP的內(nèi)存映射寄存器。DSP接口201寄存這些信號(hào)并提供給PDM內(nèi)部相關(guān)模塊使用。如圖4所示，要將PDM102設(shè)置成輸出VH，需要將模式比特設(shè)置成"01"，如表9和表11所示。(若要輸出低電平，可以將PDM模式比特設(shè)置為成"OO"。)若要禁止PDM102輸出，需要OE—B比特置成"1"，如表9和表11所示。時(shí)鐘分頻比率比特位用來(lái)對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，將輸入時(shí)鐘降低到PDM刷新速率，如表10所示。較長(zhǎng)的刷新周期可以節(jié)省電源功率，但要求在PDM輸出電路使用較大的RC值。該P(yáng)DM寄存器對(duì)于DSP也是可讀的。模式比特說(shuō)明如表9。時(shí)鐘分頻比特說(shuō)明如表10。PDM寄存器用法舉例如表11。實(shí)施例5:如圖5所示，累加器模塊204由一個(gè)加法器和一個(gè)相同比特寬度的寄存器構(gòu)成。目前該加法器是一個(gè)脈動(dòng)進(jìn)位加法器，累加器模塊204是PDM的"心臟"(即核心)。在復(fù)位時(shí)，累加器模塊204內(nèi)部寄存器的所有比特位被置成0。否則，在獲得時(shí)鐘使能信號(hào)(CK_EN)條件下，在每一個(gè)時(shí)鐘(CK_PDM)脈沖，累加器模塊204內(nèi)部寄存器將保持其值等于該寄存器當(dāng)前值與PDM一VALUE相加的結(jié)果。加法器輸出的最高有效位比特即是PDM值(該過(guò)程需要在采用輸出使能、高軌電平控制、寄存等信號(hào)等發(fā)送消息之前完成)如圖2和圖3所示，圖2和圖3中的時(shí)鐘分頻器202產(chǎn)生用于累加器模塊204的時(shí)鐘使能信號(hào)(CLK—EN)。該模塊的用途是對(duì)通過(guò)分頻降低時(shí)鐘頻率來(lái)降低累加器模塊的耗電。為進(jìn)一步省電，當(dāng)輸出禁止或當(dāng)PDM輸出被設(shè)置成RAIL一ffl模式時(shí)，時(shí)鐘分頻單元也被禁止輸出。時(shí)鐘分頻器202還被用于實(shí)現(xiàn)對(duì)PDM工作時(shí)鐘分頻。利用PDM寄存器的時(shí)鐘分頻比率比特CLK—SELECT比特設(shè)定分頻比率(請(qǐng)參見(jiàn)表10:時(shí)鐘分頻比特說(shuō)明)。在復(fù)位時(shí)(收到ARST—B信號(hào))，時(shí)鐘分頻器202的值被置成0。如圖2和圖3所示，圖2和圖3中的PDM102內(nèi)部的時(shí)鐘門(mén)控單元203還使用來(lái)自外部時(shí)鐘生成器CLK_GEN模塊103產(chǎn)生的PDM時(shí)鐘使能信號(hào)PDM—CLK_EN信號(hào)。它使用該信號(hào)門(mén)控時(shí)鐘CK_VCTCXO，從而獲得供給各PDM的內(nèi)部時(shí)鐘CK—PDM。實(shí)施例6:如圖6所示，利用一個(gè)一階RC濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)PDM輸出的片外低通濾波。用"r表示PDM輸出PDM—OUTPUT的刷新次數(shù)(即，當(dāng)CLK_EN有效時(shí)，在時(shí)鐘CK一PDM的一個(gè)上升沿出現(xiàn)時(shí)的刷新次數(shù))，其中T是PDM刷新速率的倒數(shù)。這樣，若用^V/^^表示pdm一output在時(shí)刻wr的輸出電壓，用Fj^表示在時(shí)刻的模擬輸出電壓，則不難得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>如圖7所示。通過(guò)建立一個(gè)圖5所示累加器的SPW(signalprocessingworkstation,信號(hào)處理工作站)模型，以及建立一個(gè)圖7所示電路的SPW模型，就可以在各種不同的PDM寄存器值PDM—VALUE、各種不同的刷新速率、各種不同RC常數(shù)條件下，采用SPW仿真來(lái)計(jì)算PDM的模擬輸出電壓波形r<w。利用這個(gè)方法，對(duì)于給定的PDM值寄存器，我們測(cè)算了經(jīng)過(guò)濾波的PDM輸出到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的峰-峰紋波電壓。到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時(shí)間由RC時(shí)間常數(shù)決定，正如同一階濾波器的單步響應(yīng)時(shí)間的情形(即信號(hào)在經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間常數(shù)后到達(dá)最終均值的63%)。到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之后，該紋波電壓的值取決于PDM寄存器的值。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)PDM值為最小和最大時(shí)，紋波電壓的值最大。當(dāng)設(shè)定PDM的值小于0x008，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出紋波電壓的增加值可以忽略(在較髙的PDM值時(shí)情況類(lèi)似)。最大的峰-峰紋波電壓F^pfe、基于19.68MHz時(shí)鐘(即最大刷新速率為19.68MHz)的可選刷新速率的濾波器時(shí)間常數(shù)如表12所示。時(shí)間常數(shù)RC的選擇要保證可以提供給濾波器所要求的全部響應(yīng)時(shí)間，在選擇RC后，為了避免不必要的電源消耗，在f^pp/e得到滿足的前提下，應(yīng)藎可能選擇較慢的刷新速度。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表7<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表8<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>權(quán)利要求1、一種用于TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端的脈沖密度調(diào)制器，其特征為，該脈沖密度調(diào)制器由以下部件構(gòu)成(1)DSP接口；(2)時(shí)鐘門(mén)控單元；(3)時(shí)鐘分頻器；(4)累加器；(5)或門(mén)；(6)輸出寄存器；(7)復(fù)位電路；(8)輸出控制電路；在上述組成中，DSP接口，作為脈沖密度調(diào)制器PDM與外部的DSP之間的輸入輸出接口，對(duì)外與DSP之間具有連接接口關(guān)系，對(duì)內(nèi)則與PDM內(nèi)部的時(shí)鐘分頻器、累加器、或門(mén)、復(fù)位電路之間具有信號(hào)連接關(guān)系；時(shí)鐘門(mén)控單元從外部時(shí)鐘生成器接收時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)從外部時(shí)鐘生成器接收PDM時(shí)鐘使能控制信號(hào)，在PDM時(shí)鐘使能控制信號(hào)的作用下，對(duì)外部時(shí)鐘生成器輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行門(mén)控，產(chǎn)生脈沖密度調(diào)制器PDM內(nèi)部的工作時(shí)鐘信號(hào)，并將PDM內(nèi)部的工作時(shí)鐘信號(hào)輸出到時(shí)鐘分頻器、累加器、輸出寄存器、復(fù)位電路；時(shí)鐘分頻器從時(shí)鐘門(mén)控單元接收工作時(shí)鐘信號(hào)，并從DSP接口接收時(shí)鐘分頻控制信號(hào)，在時(shí)鐘分頻控制信號(hào)的作用下，利用其內(nèi)部計(jì)數(shù)器完成分頻，將分頻輸出信號(hào)提供給累加器使用；累加器從DSP接口接收控制信號(hào)，從時(shí)鐘分頻器接收時(shí)鐘分頻信號(hào)，從復(fù)位電路接收復(fù)位信號(hào)，以及從時(shí)鐘門(mén)控單元接收工作時(shí)鐘信號(hào)，累加器輸出結(jié)果到或門(mén)；或門(mén)對(duì)來(lái)自累加器的累加結(jié)果以及來(lái)自DSP接口的信號(hào)做或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出到輸出寄存器進(jìn)行寄存；輸出寄存器寄存來(lái)自或門(mén)的運(yùn)算結(jié)果，按內(nèi)部工作時(shí)鐘同步輸出到輸出控制電路；輸出控制電路接收來(lái)自輸出寄存器的輸出，以及來(lái)自DSP接口的控制信號(hào)，在來(lái)自DSP接口的控制信號(hào)作用下，將來(lái)自輸出寄存器的輸出發(fā)送到外部的RC低通濾波器，由RC低通濾波器完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換；復(fù)位電路根據(jù)通過(guò)DSP接口接收來(lái)自外部DSP的復(fù)位信號(hào)，并按照PDM內(nèi)部工作時(shí)鐘節(jié)拍，同步產(chǎn)生PDM內(nèi)部復(fù)位信號(hào)，將PDM內(nèi)部復(fù)位信號(hào)發(fā)送到PDM內(nèi)部的累加器、時(shí)鐘分頻器。2、一種用于TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端的脈沖密度調(diào)制器PDM，其特征是(1)該脈沖密度調(diào)制器PDM輸出邏輯1和邏輯0，它的輸出是通過(guò)一個(gè)模擬低通片外濾波器產(chǎn)生一個(gè)模擬值，當(dāng)它輸出高電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近電源電壓Vcc——在本設(shè)計(jì)中為3.3V，而當(dāng)它輸出低電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近于地GND電壓；(2)該脈沖密度調(diào)制器PDM具備多比特表示的高分辨率，可以輸出從VL到VH——其中Vt是邏輯低電平對(duì)應(yīng)的電壓，VH是邏輯高電平對(duì)應(yīng)的電壓——范圍內(nèi)的所有電壓值，同時(shí)，該脈沖密度調(diào)制器PDM的輸出還可以被設(shè)置成高阻態(tài)Hi-Z，即，PDM輸出被設(shè)置成輸出禁止，輸出禁止僅在輸出腳執(zhí)行；(3)該脈沖密度調(diào)制器PDM的刷新速率可以由DSP用DSP軟件/固件來(lái)設(shè)置，更快的刷新速率對(duì)應(yīng)于更短的刷新周期；(4)在同時(shí)使用多個(gè)脈沖密度調(diào)制器PDM時(shí)，所有的PDM可以被分成若干組，每--組可以包含若干個(gè)PDM，每組PDM可以單獨(dú)使能，這些組均由PDM時(shí)鐘使能信號(hào)控制，每一組PDM均有自己的復(fù)位電路；(5)每次脈沖密度調(diào)制器PDM收到DSP的復(fù)位信號(hào)時(shí)進(jìn)行復(fù)位，此時(shí)PDM被初始化為高阻態(tài)；(6)當(dāng)脈沖密度調(diào)制器PDM被設(shè)置成高軌電平輸出一~Rail-Hi——或者是高阻態(tài)，脈沖密度調(diào)制器PDM的內(nèi)部時(shí)鐘分頻器停止工作。3、一種用于TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端的脈沖密度調(diào)制器PDM，該脈沖密度調(diào)制器PDM由DSP接口、時(shí)鐘門(mén)控單元、時(shí)鐘分頻器、累加器、或門(mén)、輸出寄存器、復(fù)位電路、輸出控制電路等部件構(gòu)成，其特征是(1)脈沖密度調(diào)制器PDM內(nèi)部的DSP接口主要由DSP地址總線的地址譯碼器和數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，DSP接口完成對(duì)地址總線的地址譯碼，當(dāng)譯碼出的地址落入對(duì)應(yīng)于PDM的內(nèi)存映射時(shí)，DSP數(shù)據(jù)總線發(fā)送到DSP接口中的數(shù)據(jù)被寄存到相應(yīng)的寄存器中；(2)脈沖密度調(diào)制器PDM都由其DSP接口中的一個(gè)16比特的寄存器所控制，后者被稱(chēng)為PDM寄存器；(3)PDM寄存器中用其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比特位的值表示在一個(gè)周期內(nèi)高電平脈沖的數(shù)目；(4)DSP通過(guò)其與脈沖密度調(diào)制器PDM之間的地址總線、數(shù)據(jù)總線寫(xiě)PDM寄存器，設(shè)置PDM寄存器中的值；(5)PDM寄存器中的部分比特位被用作模式比特，這些模式比特的值來(lái)自DSP的內(nèi)存映射寄存器，PDM寄存器寄存這些信號(hào)并提供給PDM內(nèi)部相關(guān)模塊使用，這些模式比特決定了脈沖密度調(diào)制器PDM工作的不同模式；(6)PDM寄存器中的模式比特決定了脈沖密度調(diào)制器PDM可以工作在正常操作模式、高軌電平輸出模式、禁止輸出模式即高阻態(tài)Hi-Z模式；(7)PDM寄存器中的部分比特位被用作時(shí)鐘分頻比率比特位，時(shí)鐘分頻比率比特位用來(lái)對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，將輸入時(shí)鐘降低到PDM刷新速率，較長(zhǎng)的刷新周期可以節(jié)省電源功率，但要求在PDM輸出電路使用較大的RC值；(8)該P(yáng)DM寄存器對(duì)于DSP也是可讀的。4、一種用于TD-SCDMA、Beyond3G、4G終端的脈沖密度調(diào)制器PDM，該脈沖密度調(diào)制器PDM由DSP接口、時(shí)鐘門(mén)控單元、時(shí)鐘分頻器、累加器、或門(mén)、輸出寄存器、復(fù)位電路、輸出控制電路等部件構(gòu)成，其特征是(1)脈沖密度調(diào)制器PDM內(nèi)部的累加器模塊由一個(gè)加法器和一個(gè)相同比特寬度的寄存器構(gòu)成，該加法器是一個(gè)脈動(dòng)進(jìn)位加法器；(2)在復(fù)位時(shí)，該累加器模塊內(nèi)部寄存器的所有比特位被置成O。否則，在獲得時(shí)鐘使能信號(hào)條件下，在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖，累加器模塊內(nèi)部寄存器將保持其值等于該寄存器當(dāng)前值與PDM寄存器中PDM值相加的結(jié)果，加法器輸出的最高有效位比特即是PDM值；(3)脈沖密度調(diào)制器PDM內(nèi)部的時(shí)鐘分頻器產(chǎn)生用于累加器模塊的時(shí)鐘使能信號(hào)，該模塊的用途是對(duì)通過(guò)分頻降低時(shí)鐘頻率來(lái)降低累加器模塊的耗電，為進(jìn)一步省電，當(dāng)輸出禁止或當(dāng)PDM輸出被設(shè)置成高軌電平輸出模式RAIL一ffl模式時(shí)，時(shí)鐘分頻單元被禁lt輸出；(4)時(shí)鐘分頻器還被用于實(shí)現(xiàn)對(duì)PDM工作時(shí)鐘分頻。利用PDM寄存器的時(shí)鐘分頻比率比特設(shè)定分頻比率，在復(fù)位時(shí)，時(shí)鐘分頻器的值被置成0;(5)脈沖密度調(diào)制器PDM內(nèi)部的時(shí)鐘門(mén)控單元還使用來(lái)自外部時(shí)鐘生成器模塊產(chǎn)生的PDM時(shí)鐘使能信號(hào)，它使用該信號(hào)門(mén)控外部時(shí)鐘生成器發(fā)來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)，從而獲得供給各PDM的內(nèi)部時(shí)鐘。專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提出一種脈沖密度調(diào)制器。它的輸出是通過(guò)一個(gè)模擬低通片外濾波器產(chǎn)生一個(gè)模擬值。當(dāng)它輸出高電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近電源電壓Vcc，而當(dāng)它輸出低電平信號(hào)時(shí)，電壓非常接近于地GND電壓。該脈沖密度調(diào)制器PDM可以具備多比特表示的高分辨率，可以輸出從邏輯低電平到邏輯高電平范圍內(nèi)的所有電壓值。該脈沖密度調(diào)制器PDM的輸出還可以被設(shè)置成高阻態(tài)。該脈沖密度調(diào)制器PDM的刷新速率可以由DSP用DSP軟件/固件來(lái)設(shè)置。在同時(shí)使用多個(gè)脈沖密度調(diào)制器PDM時(shí)，所有的PDM可以被分成若干組。每一組可以包含若干個(gè)PDM。每組PDM可以單獨(dú)使能。這些組均由PDM時(shí)鐘使能信號(hào)控制。每一組PDM均有自己的復(fù)位電路。每次脈沖密度調(diào)制器PDM收到DSP的復(fù)位信號(hào)時(shí)進(jìn)行復(fù)位，被初始化為高阻態(tài)。當(dāng)脈沖密度調(diào)制器PDM被設(shè)置成高軌電平輸出或者是高阻態(tài)，脈沖密度調(diào)制器PDM的內(nèi)部時(shí)鐘分頻器停止工作。文檔編號(hào)H04B14/02GK201066850SQ20072011018公開(kāi)日2008年5月28日申請(qǐng)日期2007年6月15日優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日發(fā)明者許曉斌,許雪琦申請(qǐng)人:浙江華立通信集團(tuán)有限公司