采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用外加扰动信号的Delta‑Sigma调制器，包括负反馈Delta‑Sigma调制器模块，用于将其输入信号转换为伪随机的输出信号，该输出信号作为后级模块的外加伪随机扰动信号；噪声整形Delta‑Sigma调制器模块，其与负反馈Delta‑Sigma调制模块相级联，用于对整个调制器电路的输入信号进行噪声整形并输出整形后的数字信号。本发明专利技术使用负反馈Delta‑Sigma调制器模块的输出作为噪声整形Delta‑Sigma调制器模块的外加扰动信号，可以有效延长噪声整形Delta‑Sigma调制器的输出序列长度，从而获得平滑的输出频谱并有效减小输出底噪和毛刺。

【技术实现步骤摘要】
采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器
本专利技术属于信号处理
，尤其涉及一种采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器。
技术介绍
在当今的数字通信系统中，由于奈奎斯特采样技术容易受到元件匹配、电路的非理想性以及大功率量化噪声干扰等的影响，而逐渐被过采样技术所取代。过采样是指使用频率远高于奈奎斯特频率的频率对输入信号进行采样。由于量化比特的位数保持不变，故总的量化噪声功率保持不变，但量化噪声的功率由于采样频率的提高而分布到更多的频点，因此相应的信号带内的量化噪声功率谱密度减小，进而提高通信系统的信噪比(SNR，SignaltoNoiseRation)。但是，单独使用过采样技术对信噪比的性能提升并不是很明显，所以，过采样技术还常常结合噪声整形技术一起使用。因此，同时具有过采样和噪声整形能力的DDSM(数字Delta-Sigma调制器，DigitalDelta-SigmaModulator)，被广泛地应用于当今的无线通信系统中，以满足飞速发展的通信系统对高带宽、高速率和高分辨率等性能指标的需求。在过采样频率下，DDSM采样高精度的输入信号，输出低精度的输出信号。在该过程中，DDSM将低频段的量化噪声推移到高频段，并且将有用的输入信息保留在低频带，从而实现了高通特性的噪声整形，最后高频段的量化噪声可以通过后面的低通滤波器滤除。高通滤波器的阶数越高，噪声整形特性越好，但是对于单环结构的DDSM，当调制器的阶数变高后，系统变得越来越不稳定。而多级噪声整形结构的DDSM由于具有极佳的系统稳定性而受到研究者更多的青睐。图1是经典的l阶的MASH(MASH，Multi-stAgeNoiseShapping)DDSM的电路框图，由图1可以看出经典MASHDDSM由多个误差反馈调制器(EFM，ErrorFeedbackModulation)级联构成，前一级误差反馈调制器把量化误差信号传入下一级误差反馈调制器作为输入，并且各级误差反馈调制器都将输出信号送入误差消除逻辑(ECL，ErrorCancellationLogic)网络中，以抵消中间级误差反馈调制器的量化噪声，从而使得输出频谱中只包含输入信号和高阶整形后的最后一级误差反馈调制器的量化噪声。但是，由于DDSM是一个有限状态机，在恒定输入情况下，DDSM的输出呈现出很强的周期性。更为糟糕的是其输出周期的长度还严重受到输入值和初始条件设置的影响。当DDSM的输入和初始条件设置不恰当时，其输出序列的周期变得很短，量化噪声功率只能分布到极少数的频点上，导致调制器的输出频谱出现明显的大功率杂散成分，严重恶化了通信系统的输出信噪比。因此，为有效提高DDSM的输出序列长度，业界提出了两类主流的方法：确定性(Deterministic)法和随机扰动(Dithering)法。其中确定性法通过改变调制器结构或设置合理的寄存器初始值，来有效增加输出序列的周期长度；而随机扰动法通过外加随机扰动信号给调制器，以打破调制器的输出周期特性，从而有效延长输出序列的周期长度。由于两种方法各有优劣，两者都被广泛应用到实际应用中。在传统的随机扰动法中，外加伪随机扰动信号的产生模块一般采用线性反馈移位寄存器(LFSR,LinearFeedbackShiftRegister)，然后将LFSR产生的伪随机输出信号经扰动滤波器整形后送入噪声整形Delta-Sigma调制器中。但是，一方面由于扰动整形的滤波器阶数一般不能超过l-2(l是噪声整形MASHDDSM的调制器阶数)，因此，如果LFSR的输出信号周期太长，会在调制器的输出低频段形成底噪和毛刺；另一方面，采用LFSR扰动的调制器的输出周期容易受到调制器自身的初始条件和LFSR自身的初始条件的影响，如果这些初始条件设置不当，LFSR扰动信号将无法有效延长甚至还会减小调制器的输出信号周期。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种采用Delta-Sigma调制器的输出作为外加扰动信号的Delta-Sigma调制器。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器，包括负反馈Delta-Sigma调制器模块和噪声整形Delta-Sigma调制器模块。所述负反馈Delta-Sigma调制器模块，用于将其输入信号转换为伪随机的输出信号，所述伪随机输出信号作为后级模块的外加扰动信号；所述噪声整形Delta-Sigma调制器模块与所述负反馈Delta-Sigma调制器模块相级联，用于对整个调制器电路的输入信号进行噪声整形并输出整形后的数字信号。进一步地，由于噪声整形数字Delta-Sigma调制器是核心的调制器模块，结合实际考量，所述负反馈Delta-Sigma调制器的字长比特数一般小于噪声整形数字Delta-Sigma调制器的字长比特数。进一步地，所述负反馈Delta-Sigma调制器模块和噪声整形Delta-Sigma调制器模块分别由相同阶数的多级噪声整形结构的数字Delta-Sigma调制器组成。进一步地，所述负反馈Delta-Sigma调制器模块中的多级噪声整形结构包括n个EFM、1个ECL网络和1个负反馈环路，其中，n表示多级噪声整形结构的阶数，并且，其中第一级EFM的输入为所述负反馈Delta-Sigma调制器模块设定的输入信号和ECL网络输出负反馈回来相加后的信号，后面(n-1)级EFM的输入分别是前一级EFM的量化误差信号，并且，所述n个EFM的输出信号都送入ECL网络，所述ECL网络进而产生本模块的输出信号，并且，所述输出信号一方面被取反再乘以倍增系数b后被反馈回第一级EFM的输入端，其中，倍增系数b和负反馈Delta-Sigma调制器的量化间隔的和是一个质数；另一方面被送入噪声整形Delta-Sigma调制器模块作为外加的扰动信号。进一步地，所述噪声整形Delta-Sigma调制器模块中的多级噪声整形结构包括n个EFM和1个ECL网络，其中，n表示多级噪声整形结构的阶数，并且，其中第一级EFM的输入为整个调制器电路设定的输入信号和负反馈Delta-Sigma调制器模块的输出信号，后面(n-1)级EFM的输入分别是前一级EFM的量化误差信号，并且，所述n个误差反馈调制器的输出信号都送入ECL网络，所述ECL网络进而产生整个调制器电路的输出信号。有益效果：本专利技术与现有技术相比，使用负反馈Delta-Sigma调制器的输出作为噪声整形Delta-Sigma调制器的外加扰动信号，可以有效降低输出频谱的底噪和毛刺，并且有效避免扰动产生单元和噪声整形Delta-Sigma调制器的初始条件对调制器的输出频谱的影响，从而在所有条件下获得平滑的输出频谱。附图说明图1为经典的MASHDDSM的方框图；图2为本专利技术提供的采用Delta-Sigma调制器的输出作为外加扰动信号的三阶MASH1-1-1DDSM的逻辑连接示意图；图3为Simulink仿真工具下传统的基于LFSR扰动的Delta-Sigma调制器在合理设置初始条件下的输出功率谱密度图；图4为Simulink仿真工具下本专利技术提供的采用Delta-Sigma调制器的输出作为外加扰动信号的Delta-Sigma调制器在图3初始条件下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用外加扰动信号的Delta‑Sigma调制器，其特征在于：包括负反馈Delta‑Sigma调制器模块和噪声整形Delta‑Sigma调制器模块。所述负反馈Delta‑Sigma调制器模块，用于将其输入信号转换为伪随机的输出信号，所述伪随机输出信号作为后级模块的外加扰动信号；所述噪声整形Delta‑Sigma调制器模块与所述负反馈Delta‑Sigma调制器模块相级联，用于对整个调制器电路的输入信号进行噪声整形并输出整形后的数字信号。

【技术特征摘要】
1.一种采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器，其特征在于：包括负反馈Delta-Sigma调制器模块和噪声整形Delta-Sigma调制器模块。所述负反馈Delta-Sigma调制器模块，用于将其输入信号转换为伪随机的输出信号，所述伪随机输出信号作为后级模块的外加扰动信号；所述噪声整形Delta-Sigma调制器模块与所述负反馈Delta-Sigma调制器模块相级联，用于对整个调制器电路的输入信号进行噪声整形并输出整形后的数字信号。2.根据权利要求1所述的一种采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器，其特征在于：所述负反馈Delta-Sigma调制器的字长比特数小于噪声整形Delta-Sigma调制器的字长比特数。3.根据权利要求1所述的一种采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器，其特征在于：所述负反馈Delta-Sigma调制器模块和噪声整形Delta-Sigma调制器模块分别是由阶数相同的多级噪声整形结构的数字Delta-Sigma调制器组成。4.根据权利要求3所述的一种采用外加扰动信号的Delta-Sigma调制器，其特征在于：所述多级噪声整形结构包括n个误差反馈调制器、1个误差消除逻辑网络和1个负反馈环路，其中，n表示多级噪声整形结构的阶数，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊祥宁，廖一龙，花再军，石永键，陶健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32