用于数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置制造技术

本发明专利技术涉及一种用于数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置，所述电路布置具有多个串联的带有量化器的数字控制环和量化器。数字信号被馈送给串联的第一控制环，所述数字信号具有为ｍ比特的第一字长。每个量化器的量化误差信号被滤出并反馈至相应的数字控制环。接着每个量化器的量化误差信号被馈送给一后置的数字控制环。第一数字控制环的量化输出信号与为ｕ比特的第三字长相适应，第三字长短于第一字长。除第一数字控制环的量化输出信号外的串联的数字控制环的量化的输出信号被一个数字滤波器分别滤出。在一加法器中所述量化输出信号与串联的第一数字控制环的量化的输出信号相加，以便消除量化误差。加法器的输出信号具有为ｎ比特的第二字长并且是电路布置的量化的输出信号。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置，该电路布置具有多个串联的带有量化器的数字控制环，并且对串联电路的第一控制环馈送数字信号，所述数字信号具有为m比特的第一字长，每个量化器的量化误差信号被滤出并反馈至相应的数字控制环，并且每个量化器的量化误差信号被馈送给一后置的数字控制环。根据∑-Δ方法工作的过取样数/模转换器具有一用于提高取样速率的插入滤波器、一个用于量化和滤出量化噪声的后置的电路布置(噪声-形成环)和一个具有短输入字长的数/模转换器。US5,369,403披露了一种量化误差很小的∑-Δ数/模转换器，该数/模转换器具有用于量化的第一和第二数字控制环。第二数字控制环对第一数字控制环的量化误差进行处理。由第一和第二数/模转换器将第一和第二数字控制环的量化的输出信号分别转换成第一和第二模拟信号。以模拟的方式滤出第二模拟信号并与第一模拟信号相加，所述第一模拟信号的的量化误差很小。对第二信号的复杂的模拟滤波和在模拟相加时的误差限制了被转换的模拟信号的线性，上述都是该处理方式的缺点。基于上述问题，本专利技术的目的在于提出一种数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置，该电路布置采用全数字手段并产生低量化噪声的数字输出信号。实现该目的的技术方案如下一种用于对数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置，其中第一数字控制环的量化的输出信号与为u比特的第三字长适应，第三字长短于第一字长；并且除第一数字控制环的量化输出信号之外，串联电路的数字控制环的量化的输出信号被一个数字滤波器分别滤出并在一加法器中与串联电路的第一数字控制环的量化的输出信号相加，以便消除量化误差，所述加法器的输出信号具有为n比特的第二字长并且同时是电路布置的量化的输出信号。本专利技术涉及一种对数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置。该电路布置具有多个串联的带有量化器的数字控制环。对串联电路中的第一控制环馈送数字信号，所述数字信号具有为m比特的第一字长。每个量化器的量化误差信号被滤出并反馈至相应的数字控制环。并且每个量化器的量化误差信号被馈送给一后置的数字控制环。第一数字控制环的量化的输出信号与为u比特的第三字长适应，第三字长短于第一字长。除第一数字控制环的量化输出信号之外，串联电路的数字控制环的量化的输出信号被一个数字滤波器分别滤出并在一加法器中与串联电路中的第一数字控制环的量化的输出信号相加，以便消除量化误差，所述加法器的输出信号具有为n比特的第二字长并且是电路布置的量化的输出信号。应用数字手段有益地减小了由于量化误差导致的量化噪声。对完全应用数字手段实现的进一步的优点是，所述数字手段实现了仅由计算电路的字长限定的精度。另外，应用的数字手段比模拟手段简单，尤其可以将电路布置集成在一单片器件上。通过对除第一数字控制环以外的每个数字控制环的输出信号的数字滤波和每个数字控制环的输出信号的相加，可消除相应的前置的数字控制环的量化误差。由于后面再没有用于消除量化误差的任何其它的数字控制环，因而串联电路的最后的数字控制环的量化误差仍保留。本专利技术在此情况时的优点是，该电路布置用非常小的量化误差可以实现甚至对基本信号的低取样的信号的量化。在此情况下，不管显然是建立在低取样速率的取样信号谱如何，都可以有效地从取样信号的原始有效信号谱中滤除掉由量化误差产生的噪声谱。在一优选实施例中，每个数字滤波器具有一个高通滤波器。对由串联电路的最后的数字控制环路的量化误差造成的噪声谱宜以低频进行衰减并且对在低频率上的有效信号的频谱分量造成的干扰很小。在一特别优选的实施例中，每个数字滤波器具有两个一阶的串联的微分器。采用数字方式实现的每个数字滤波器的简单的设计是非常有益的。为实现此设计仅需要两个减法器和两个延时件。在一优选的实施例中，量化器通过采用对输入信号的低阶比特进行截止的方式对输入信号进行量化。截止低阶比特的方法有益的是为电路仅需付出很小的代价。在另一优选实施例中，量化器替代截止采用舍入方式对输入信号进行量化。就电路而言，该方法势必比采用截止的方式量化的方法复杂，但作为回报精度较高。每个数字控制环优选具有一个前置于量化器的限幅器、一个用于滤除量化误差信号的滤波器结构和一个用于将输入信号与滤出的量化误差信号相加的加法器。在此情况时，该限幅器用于避免由后置的电路结构规定的量值范围的过冲。对每个数字控制环特别优选的是，最好是二阶的，以避免稳定问题的出现。高于二阶的阶则需要采取改善稳定性的措施，此点势必导致将增大用于实现数字控制环的电路的代价。下面将对照实施例并结合附图对本专利技术的进一步的优点、特征和应用举例加以说明。图中示出附图说明图1为本专利技术的用于对数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置的第一实施例；图2为本专利技术的用于对数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置的第二实施例；图3为本专利技术的用于对数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置的第三实施例；和图4为没有噪声-形成环和具有一阶和二阶的噪声-形成环的量化噪声谱。如图1所示，具有为m比特的第一字长的数字输入信号输入被馈送给第一乘法器5。第一乘法器5用一个小于1的常数k与输入信号输入相乘，并且例如该乘法器为实现此目的可以设计成一个移位寄存器。通过用常数k相乘可缩小输入信号输入的量值范围，以避免溢出进入后置电路。第一乘法器5的输出信号被馈送给第一数字控制环1。第一数字控制环具有第一加法器10，该加法器用于将反馈信号与馈送给第一数字控制环1的信号相加。加法器10的输出端与第一限幅器或饱和器11连接，后者用于将馈送的信号的量值范围与为(m+s)比特的字长适配。在第一限幅器或饱和器11的后面顺序连接有第一量化器12，该量化器将第一输入信号分离成具有高阶(m+s-x)比特的第一量化信号8，和具有输入信号的低阶x比特的第一量化误差信号71。而且还可以用舍入取代截止进行量化。将第一量化误差信号71滤出并反馈给第一加法器10。为实现滤波的目的，反馈电路具有一第一延时件13、一后置的第二延时件15和一并联的乘法器14，所述乘法器用常数k进行乘法运算并可设计成一个移位寄存器。在减法器16中第二延时件15的输出信号减去第二乘法器14的输出信号。以低频率对在第一量化信号8中含有的量化噪声进行抑制并可以承受由于该反馈，即就频率而言加权的所述的量化误差的反馈的较高的频率。因此，也应用了噪声-形成环。出于稳定的原因，第一数字控制环的阶不得大于二，此点是通过在该反馈电路中的两个延时件保证的。所以第一数字控制环是二阶的噪声-形成环。第一量化信号8被馈送给第三乘法器6，该乘法器将为(m+s-x)比特的第一量化信号8的字长与为u比特的第三字长适配，为u比特的第三字长小于为m比特的第一字长。例如为实现此目的可以将第三乘法器6设计成简单的移位寄存器。第一量化误差信号71被馈送给第二控制环2。第二控制环2被设计成一个一阶噪声-形成环并具有用于实现此目的的第二加法器20，该加法器用于将作为输入信号的第一量化误差信号71与第二滤出的量化误差信号72相加，所述量化误差信号的字长为y比特。为实现字长与(x+r)比特的适应，第二加法器20的输出信号被馈送给第二限幅器或饱和器21，并馈送给后置于第二限幅器或饱和器21的第二量化器22。第二量化器22将馈送的信号分离成具有高阶(x+r-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于数字信号量化和滤除量化噪声的电路布置，该电路布置具有多个串联的带有量化器（１２、２２）的数字控制环（１、２），并且数字信号被馈送给串联的第一控制环（１），所述数字信号具有为ｍ比特的第一字长，每个量化器的量化误差信号（７１、７２）被滤出并反馈至相应的数字控制环（１、２），并且每个量化器（１２、２２）的量化误差信号（７１、７２）被馈送给一后置的数字控制环，其特征在于，－第一数字控制环（１）的量化的输出信号（８）与为ｕ比特的第三字长适应，第三字长短于第一字长；并且－ 除第一数字控制环（１）的量化输出信号（８）外的串联的数字控制环（２）的量化的输出信号（９）被由一个数字滤波器（３）分别滤出并在一加法器（４）中与串联的第一数字控制环（１）的量化的输出信号（８）相加，以便消除量化误差，所述加法器的输出信号具有为ｎ比特的第二字长并且是电路布置的量化的输出信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：耶尔格豪普特曼，彼得佩斯勒，迪特马尔施特罗伊斯尼希，
申请(专利权)人：印芬龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]