一种Delta Sigma调制器及其实现调制的方法技术

一种Delta Sigma调制器及其实现调制的方法，包括对输入的数据进行预处理；根据当前的数据预测DSM调制结果；最后根据预处理后的数据及预测的结果，对当前的数据进行DSM调制。本发明专利技术通过对输入数据的预处理，以及对DSM调制结果的预测，在DSM中实现了多级流水线寄存器结构，这样，在不影响原传输函数的特性的同时，改善了加法器等关键路径的时序，从而提高了电路运行的采样频率，进而提高了SNR性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤指一种Delta Sigma调制器及其实现调制的方法。 
技术介绍
Delta Sigma调制器(其中，Delta Sigma表示三角积分)，下文简称为DSM。DSM采用过采样(即相对于信号带宽，采样率要高出很多倍)和噪声成形技术(即量化噪声主要分布在带外，带内噪声低)，可以将多比特的输入信号调制为低比特甚至是单比特的输出信号，同时，可以保持信号的信号噪声比(SNR，Signal to Noise Ratio)性能。由于DSM可以将多比特非恒包络的信号，转换为单比特恒包络的信号，因此，如果DSM和大功率放大器一起使用，可以极大地改善功放效率。 在过去的几十年里，DSM在音频领域得到了广泛的应用，因为音频信号的带宽较低，所以，对DSM实现时的采样率要求也很低。最近几年来，随着通信领域3G、4G技术的发展，为了提高发射机的效率，对DSM在通信领域中的应用期望也越来越高。 DSM在高速数据处理领域如通信领域中应用遇到的最大挑战来自于采样频率。由于通信信号的带宽非常宽，与音频信号的几千赫兹(Hz，Hertz)的带宽相比，通信信号有几兆Hz甚至几十兆Hz带宽。由于DSM采用了过采样技术，过采样率越高输出信号的SNR性能越好，因此对于通信的高带宽信号，为了保证输出的SNR性能，需要DSM工作在更高的采样频率。 对于数字发射机来说，DSM电路一般使用数字电路来实现，通常选择场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)或者集成电路(IC，Integrated Circuit)来实现。FPGA电路的工作时钟在400MHz以下，IC电路通过门级优化可以达到1GHz左右。但是，由于DSM电路内部存在反馈环路， 是无法通过普通的添加流水线寄存器的方式来优化电路时序的，因此，想要以通过提高采样频率的方法来提高DSM的SNR性能，对于FPGA和IC电路来说是一件非常困难的事情。 图1为传统的DSM结构示意图，如图1所示，传统的DSM结构，其传输函数存在很多加法器，而这些加法器往往只有一个流水线寄存器作为输出，这样，在电路实现时，影响电路时序的关键路径都集中在了加法器上，从而影响了整个电路的工作性能。如果只是简单的向电路中增加流水线寄存器，会导致整个反馈环路的传输函数发生变化，从而无法实现原有功能。 为了在通信上实现高性能的DSM电路，目前业界的解决方法大致有两种：一种是，采用模拟电路实现DSM电路的功能，经常被各种模/数转换(ADC)器件使用。但是对于通信用发射机结构，由于处理的是数字信号，所以这种DSM是无法适用。另一种是，采用一些数字方法进行优化，例如多相分解、时间交织等，通过并行方式来提高采样速率，但是这种并行方式使得电路结构变得更为复杂，导致工作速度受到影响，很难实现。 现有的专利文献包括：专利申请号为CN201010230424.9的中国专利申请“具有三角积分调变架构的音讯产生装置及其方法”，以及专利号为US6518905B2的美国专利“Parallel Time Interleaved Delta Sigma Modulator”(并行时间交织Delta Sigma调制器)。其中，第201010230424.9号中国专利申请存在以下不足：该专利只是针对一般的模拟或者低速电路设计，没有指明高速的采样频率下的实现方法，不适用于高速采样频率的设计场合。第US6518905B2号外国专利申请存在以下不足：该专利技术采用了多个DSM并行支路，同时对模拟输入信号进行连续时间的DSM处理，之后使用不同相位的时钟进行采样，并恢复为一个高速采样率的数据输出。这种方法只适合于模拟电路，无法用于数字电路以及发射机结构。 
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种Delta Sigma调制器及其实现调制的方法，能够提高DSM的采样速率，进而提高DSM的SNR性能，保证DSM在高速数据处理领域中的应用。 为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种Delta Sigma调制器DSM，至少包括输入数据预处理单元、DSM传输函数和量化单元，以及超前预测单元，其中， 输入数据预处理单元，用于对输入的数据进行预处理，经过预处理后的数据输出至DSM传输函数和量化单元、经过中间代数变换后的各路数据输出至超前预测单元； DSM传输函数和量化单元，用于接收来自输入数据预处理单元以及超前预测单元的数据，对接收到的数据实现DSM功能； 超前预测单元，用于接收来自输入数据预处理单元的经过中间代数变换后的各路数据，以及来自DSM传输函数和量化单元的寄存器输出的数据和量化器输出的数据；根据接收到的当前的数据，预测超前时刻的DSM传输函数和量化单元的量化器输出值，并反馈给DSM传输函数和量化单元。 所述DSM还包括并行处理单元，用于接收所述输入的数据，以及来自所述DSM传输函数和量化单元的寄存器输出的数据和量化器输出的数据；对接收到的数据进行并行处理，得到并行输出。 所述中间代数变换后的各路数据中的路数与所述输入的数据的级数减一。 所述DSM传输函数和量化单元包括加法器、多级流水线寄存器，和量化器。 所述输入的数据为单级数据，所述多级流水线寄存器为一级流水线寄存器； 或者，所述输入的数据是多级数据，所述多级流水线寄存器的级数与输入的数据的级数相同。 所述中间代数变换后的各路数据中的路数与所述输入的数据的级数减一； 所述DSM传输函数和量化单元包括加法器、多级流水线寄存器，和量化器； 所述输入的数据为多条并行的多级数据，所述多级流水线寄存器为第一 条支路的流水线寄存器，其输出的当前的数据作为第一条并行支路； 所述并行处理单元并行处理得到(所述并行支路数量M-1)条并行支路； 其中，每条支路的流水线级数为：输入数据的级数N与并行支路数量M之商的结果。 所述输入数据预处理单元中设置有有限冲击响应滤波FIR器。 所述DSM为一阶结构、或二阶结构、或三阶或三阶以上结构。 本专利技术还提供一种Delta Sigma调制器DSM实现调制的方法，包括： 对输入的数据进行预处理；根据当前的数据预测DSM调制结果； 根据预处理后的数据及预测的结果，对当前的数据进行DSM调制。 所述根据当前的数据预测DSM调制结果为：根据所述DSM中的寄存器输出的数据和量化器输出的数据，以及所述预处理中经过中间代数变换后的各路数据，预测超前时刻的DSM中量化器输出值，并反馈回DSM。 所述中间代数变换后的各路数据中的路数与所述输入的数据的级数减一。 所述预处理包括：FIR处理、延迟和分配处理。 所述输入的数据为单级数据，所述DSM调制方法为传统DSM调制方法。 所述输入的数据为多级数据；所述DSM调制中的多级流水线寄存器的级数与输入的数据的级数相同；且， 所述预处理和预测中均包括多级化的处理。 所述输入的数据为多条并行的多级数据；该方法还包括：对所述DSM中的寄存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Delta Sigma调制器DSM，其特征在于，至少包括输入数据预处理单元、DSM传输函数和量化单元，以及超前预测单元，其中，输入数据预处理单元，用于对输入的数据进行预处理，经过预处理后的数据输出至DSM传输函数和量化单元、经过中间代数变换后的各路数据输出至超前预测单元；DSM传输函数和量化单元，用于接收来自输入数据预处理单元以及超前预测单元的数据，对接收到的数据实现DSM功能；超前预测单元，用于接收来自输入数据预处理单元的经过中间代数变换后的各路数据，以及来自DSM传输函数和量化单元的寄存器输出的数据和量化器输出的数据；根据接收到的当前的数据，预测超前时刻的DSM传输函数和量化单元的量化器输出值，并反馈给DSM传输函数和量化单元。

【技术特征摘要】
1.一种Delta Sigma调制器DSM，其特征在于，至少包括输入数据预处
理单元、DSM传输函数和量化单元，以及超前预测单元，其中，
输入数据预处理单元，用于对输入的数据进行预处理，经过预处理后的
数据输出至DSM传输函数和量化单元、经过中间代数变换后的各路数据输出
至超前预测单元；
DSM传输函数和量化单元，用于接收来自输入数据预处理单元以及超前
预测单元的数据，对接收到的数据实现DSM功能；
超前预测单元，用于接收来自输入数据预处理单元的经过中间代数变换
后的各路数据，以及来自DSM传输函数和量化单元的寄存器输出的数据和量
化器输出的数据；根据接收到的当前的数据，预测超前时刻的DSM传输函数
和量化单元的量化器输出值，并反馈给DSM传输函数和量化单元。
2.根据权利要求1所述的Delta Sigma调制器，其特征在于，所述DSM
还包括并行处理单元，用于接收所述输入的数据，以及来自所述DSM传输函
数和量化单元的寄存器输出的数据和量化器输出的数据；对接收到的数据进
行并行处理，得到并行输出。
3.根据权利要求1或2所述的Delta Sigma调制器，其特征在于，所述
中间代数变换后的各路数据中的路数与所述输入的数据的级数减一。
4.根据权利要求3所述的Delta Sigma调制器，其特征在于，所述DSM
传输函数和量化单元包括加法器、多级流水线寄存器，和量化器。
5.根据权利要求4所述的Delta Sigma调制器，其特征在于，所述输入
的数据为单级数据，所述多级流水线寄存器为一级流水线寄存器；
或者，所述输入的数据是多级数据，所述多级流水线寄存器的级数与输
入的数据的级数相同。
6.根据权利要求2所述的Delta Sigma调制器，其特征在于，所述中间
代数变换后的各路数据中的路数与所述输入的数据的级数减一；
所述DSM传输函数和量化单元包括加法器、多级流水线寄存器，和量化

\t器；
所述输入的数据为多条并行的多级数据，所述多级流水线寄存器为第一
条支路的流水线寄存器，其输出的当前的数据作为第一条并行支路；
所述并行处理单元并行处理得到(...

【专利技术属性】
技术研发人员：董鹏，廖红印，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44