一种适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，包括第一级误差反馈型调制器、反馈路径、第二级误差反馈型调制器以及误差抵消模块；反馈路径的输出与第一级调制器的输出之间的差值经过延迟单元后得到反馈路径的输出；经过噪声抑制增强单元的输入信号与经过滤波处理单元后的扰动信号之间的和值与反馈路径的输出之间的和值作为第一级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈信号作为第二级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈型调制器的输出与第二级误差反馈型调制器的输出经过误差抵消模块后得到整个调制器的输出。本发明专利技术引入反馈环路，实现了高阶噪声抑制、减小了输出量化电平的数目，降低了整体电路设计复杂度和功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构
本专利技术涉及属于集成电路
，特别涉及一种适用于分数型频率合成器的数字ΔΣ调制器结构。
技术介绍
现代无线通信的飞速发展使得无线通信系统对于频率合成器的频率精度和频率切换时间提出了更高的要求。要想获得更小的建立时间，则要求锁相环具有宽的环路带宽。在整数分频频率合成器中存在着频率精度、频率切换时间、相位噪声之间的相互约束，难以满足现代通信系统中的要求。对于分数型频率合成器，因其输出频率可以是参考频率的小数倍，所以能够采用较高的参考频率和较大的环路带宽，从而减小了频率切换时间，兼顾了相位噪声、频率精度、锁定速度等各方面的要求，在无线射频通信芯片中得到了广泛的应用。然而分数频率合成器存在着一个非常严重的缺点，即会引入小数杂散。针对这一缺点目前提出了多种解决方案，其中最常用的就是采用ΔΣ调制器技术。所以设计一款能够很好地抑制小数杂散的ΔΣ调制器，对于频率合成器性能的改善具有十分重要的意义。目前，应用于频率合成器的调制器大多采用三阶MASHΔΣ调制器结构。然而这种结构的输出多达8个量化电平，极大的提高了频率合成器系统中对鉴频鉴相器、电荷泵以及分频器的线性度要求，增加了电路设计复杂度和功耗。因此，在能达到相同小数杂散抑制效果的情况下，减小输出量化电平具有重要意义。
技术实现思路
要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，解决现有的三阶MASHΔΣ调制器结构需要设计复杂的电路和功耗高的技术问题。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，包括第一级误差反馈型调制器、反馈路径、第二级误差反馈型调制器以及误差抵消模块；反馈路径的输出C(z)与第一级调制器的输出Y1(z)之间的差值经过延迟单元后得到反馈路径的输出C(z)；经过噪声抑制增强单元G(z)的输入信号X(z)与经过滤波处理单元D(z)后的扰动信号之间的和值X1(z)与反馈路径的输出C(z)之间的和值作为第一级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈信号e1(z)作为第二级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)与第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)经过误差抵消模块后得到整个调制器的输出Y(z)。本专利技术中引入了反馈路径将量化后的输出信号即第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)反馈到第一级误差反馈型调制器的输入端，除了能够实现正常的噪声抑制效果还能增加一阶噪声整形，即在相同的ΔΣ调制器的阶数下实现了高一阶的噪声整形效果，为此减少了一半的输出量化电平数目。进一步的，在本专利技术中，所述第一级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单元的第一误差反馈信号e1(z)之间的和值为V1(z)，第一级调制器的输出Y1(z)为V1(z)与第一级误差反馈型调制器的量化噪声E1(z)之间的和值，所述第一误差反馈信号e1(z)为V1(z)与第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)之间的差值。进一步的，在本专利技术中，所述第二级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单元的第二误差反馈信号e2(z)之间的和值为V2(z)，第二级调制器的输出Y1(z)为V2(z)与第二级误差反馈型调制器的量化噪声E2(z)之间的和值，所述第二误差反馈信号e2(z)为V2(z)与第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)之间的差值。进一步的，在本专利技术中，所述第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)和第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)作为误差抵消模块的两个输入，其中第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)先后经过两阶滤波单元滤波后与第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)作和，得到的和值作为误差抵消模块的输出。进一步的，在本专利技术中，所述噪声抑制增强单元的Z域传递函数为G(z)＝(1-z-1)-1，该单元的引入起到噪声抑制增强的作用。进一步的，在本专利技术中，所述延迟单元的Z域传递函数为z-1，其作用使得误差反馈信号在时钟的控制下延时一个周期后反馈到输入进行运算。进一步的，在本专利技术中，所述滤波单元的Z域传递函数为1-z-1，该滤波单元的引入起到了降低噪声基底的作用。有益效果：本专利技术提供的一种适用于分数型频率合成器的ΔΣ调制器结构，在传统调制器的基础上，引入了反馈环路，相比较与传统的数字ΔΣ调制器具有如下优点：第一、本专利技术的数字ΔΣ调制器为一阶级联，做到了在不级联多阶数的情况下，达到更高阶调制器的噪声整形效果，相比于高阶调制器节省了面积和功耗；第二、本专利技术的数字ΔΣ调制器缩减了一半的输出量化电平数目，解耦了调制器的阶数与对系统线性度要求的矛盾，应用于分数型频率合成器时，减小了分频器输出信号与参考信号的瞬时相位误差，减降低了频率合成器系统中对鉴频鉴相器、电荷泵以及分频器的线性度要求，降低了整体电路设计复杂度和功耗。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术输出信号的功率谱密度；图3为本专利技术输出量化电平的分布图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示为本专利技术所提出的一种适用于分数型频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，主要包括两个一阶级联的传统的误差反馈型调制器，分别为第一级误差反馈型调制器何第二级误差反馈型调制器，以及反馈路径、误差抵消模块。其中反馈路径位于图1中最上方的虚线框中，反馈路径下方的两个虚线框分别为第一级误差反馈型调制器和第二级误差反馈型调制器，图1右侧的虚线框中为误差抵消模块。输入信号X(z)经过噪声抑制增强单元G(z)处理且添加扰动信号后得到X1(z)，X1(z)与反馈路径的输出信号C(z)一起作为第一阶误差反馈型调制器的输入，通过第一级误差反馈型调制器得到输出Y1(z)。第一级误差反馈信号e1(z)作为第二级误差反馈型调制器的输入信号，通过第二级误差反馈型调制器得到输出Y2(z)。图中，E1(z)是第一级误差反馈型调制器中的量化器引入的量化噪声，E2(z)是第二级误差反馈型调制器中的量化器引入的量化噪声。通过将经过两阶(1-z-1)滤波后第二级调制器的输出Y2(z)与第一级调制器的输出Y1(z)的相加作为整个调制器的输出Y(z)，实现误差抵消。上述过程中的求和、求差均通过累加器实现。下面对整个结构的噪声传输函数(NoiseTransferFunction，简称NTF)和信号传输函数(SingleTransferFunction，简称STF)进行推导：已知Y(z)＝STF(z)X(z)+NTF(z)E(z)由图1可得：Y1(z)＝V(z)+E1(z)e1(z)＝V(z)-Y1(z)X1(z)＝X(z)*G(z)又由于G(z)＝(1-z-1)-1e1(z)＝-E1(z)Y1(z)＝X(z)+(1-z-1)2E1(z)Y2(z)＝e1(z)+(1-z-1)E2(z)综合上面的等式可以得到：Y(z)＝Y1(z)+(1-z-1)2Y2(z)＝X(z)+(1-z-1)3E2(z)从而可以得到：信号传递函数：STF(z)＝1噪声传递函数：NTF(z)＝(1-z-1)3由NTF可知，本专利技术的ΔΣ调制器结构实现了三阶的噪声整形效果，相比传统的ΔΣ调制器，提高了一阶噪声抑制能力。具体的，设定累加器的位宽为16bit，选择常数0.5作为输入信号，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，其特征在于：包括第一级误差反馈型调制器、反馈路径、第二级误差反馈型调制器以及误差抵消模块；反馈路径的输出C(z)与第一级调制器的输出Y1(z)之间的差值经过延迟单元后得到反馈路径的输出C(z)；经过噪声抑制增强单元G(z)的输入信号X(z)与经过滤波处理单元D(z)后的扰动信号之间的和值X1(z)与反馈路径的输出C(z)之间的和值作为第一级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈信号e1(z)作为第二级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)与第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)经过误差抵消模块后得到整个调制器的输出Y(z)。

【技术特征摘要】
1.一种适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，其特征在于：包括第一级误差反馈型调制器、反馈路径、第二级误差反馈型调制器以及误差抵消模块；反馈路径的输出C(z)与第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)之间的差值经过延迟单元后得到反馈路径的输出C(z)；经过噪声抑制增强单元G(z)的输入信号X(z)与经过滤波处理单元D(z)后的扰动信号之间的和值X1(z)与反馈路径的输出C(z)之间的和值作为第一级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈信号e1(z)作为第二级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)与第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)经过误差抵消模块后得到整个调制器的输出Y(z)。2.根据权利要求1所述的适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，其特征在于：所述第一级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单元的第一误差反馈信号e1(z)之间的和值为V1(z)，第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)为V1(z)与第一级误差反馈型调制器的量化噪声E1(z)之间的和值，所述第一误差反馈信号e1(z)为V1(z)与第一级误差反馈型调制器的输出Y1(z)之间的差值。3.根据权利要求1所述的适用于分数频率合成器的数字ΔΣ调制器结构，其特征在于：所述第二级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建辉，张文通，程超，程康，娄宁，陈超，黄成，李红，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32