用于生成脉宽调制信号的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于生成脉宽调制信号的系统和方法，在实施方式中，根据输入信号生成脉宽调制信号的方法包括：基于输入信号计算第一脉宽调制信号的有限数目的基函数，以及基于计算出的有限数目的基函数形成电子输出信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及半导体电路和方法，更具体地，涉及。
技术介绍
脉宽调制系统用于提供应用(从诸如MP3播放器的低功耗消费音频设备到诸如基站发射器的高功率数据传输电路)非常广泛的高效率的放大和传输。高效率通过使由放大器的输出级内的偏置电流引起的功率损耗最小化来实现。例如，在音频应用中，使用D类放大器以大于理想输出信号的带宽的频率使扬声器的端子在两个电源电压之间切換。这里，高频开关能量通过负载电路(例如，扬声器)的电感的特征来滤波。相似地，在RF应用中，功率放大器(PA)由具有大于感兴趣的带宽的脉冲频率的脉宽调制信号来驱动。然后使用诸如声表面波滤波器的RF带通滤波器对带外能量进行滤波。由于在以开关方式操作的设备的输出级间存在最小的IR压降，如可以是使用PWM信号的情况，设备的输出级间的耗散功率被最小化并且提高了效率。然而，生成高动态范围PWM信号引起了很多挑战。由于信号的振幅嵌入在脉冲序列的时序中，边缘过渡中的抖动和误差可能会导致噪声増加和动态范围减小。PWM系统的采样性质可能会导致由噪声折叠和走样(aliasing)引起的动态范围的进ー步减小。当PWM信号上变频到另ー频率时，这会更恼人，例如，在RF系统中。此外，走样、图像和带外噪声的生成潜在地引起了相邻的带宽干扰，并且通常使用高阶滤波来衰减。
技术实现思路
在实施方式中，根据输入信号生成脉宽调制信号的方法包括基于输入信号计算第一脉宽调制信号的有限数目的基函数，并且基于计算出的有限数目的基函数形成电子输出信号。在下文的附图和说明中将对本专利技术的ー个以上的实施方式的细节进行阐释。本专利技术的其它特征、目的和优点将通过说明书、附图和权利要求变得显而易见。附图说明为了提供对本专利技术和其优点的全面理解，现在结合附图參考以下说明，其中图Ia至Ie示出了现有技术的PWM生成器和相关频谱；图2a至2b示出了实施方式的PWM生成器和相关频谱；图3示出了实施方式的PWM调制器的实现；图4示出了另ー实施方式的PWM调制器的实现；图5示出了实施方式的RF系统；以及图6示出了实施方式的音频系统。具体实施例方式下文详细讨论了目前优选实施方式的生成和使用。然而，应该理解的是，本专利技术提供了可以在多种特定环境下实施的多个可应用的创造性概念。所讨论的特定实施方式仅仅是对生成和使用本专利技术的特定方式的说明，并且不限制本专利技术的范围。将在特定环境下参考优选实施方式对本专利技术进行说明，即用于基带和RF传输系统的脉宽调制器。然而，本专利技术也可应用于其它种类的电路系统，诸如音频系统、通信系统和利用脉宽调制信号的其它电子或光学系统。在实施方式中，通过计算表示输出PWM信号的有限数目的基函数，来生成离散时间脉宽调制信号。这些基函数的带限性质(band limited nature)防止了由于信号的离散时间特性引起的走样，从而允许高动态范围和波段噪声基底 (band noise floor)的低输出。图Ia示出了常规脉宽调制器100，其通过使用比较器104比较输入信号102与诸如斜坡信号的基准信号106来生成PWM信号110，以产生PWM输出信号110。每当输入信号的信号水平与基准信号的信号水平交叉时，PWM信号110将其输出从一种状态切换到另一种状态。例如，一种状态可以为表示VDD的输出电压的逻辑1，另一种状态可以为表示地面的输出电压的逻辑O。如在现有技术中已知的，输出信号110的脉宽可以与输入信号102的振幅成比例。图Ib示出了图Ia所示的常规脉宽调制器100的输入和输出的代表频谱。频谱120表示输入信号102的频谱，并且频谱122表示输出110的频谱。由于PWM信号的长方形形状，频谱具有非常广泛的波段噪声基底126。输入信号的上变频部分124也出现在PWM频率的间隔处。对于具有RF输出的应用，如图Ic所示，模拟PWM调制器可以对接至混频器130和振荡器134以产生上变频输出信号132。然而，模拟PWM调制器的噪声基底和精确度取决于基准信号106的质量和精确度。在一些情况中，为了产生具有高动态范围的输出PWM信号，模拟PWM调制器的模拟实现需要复杂的且依赖于过程的实现。可以避免模拟实现的过程依赖性和参考非线性的一种方式是通过如图Id所示在数字域中实施PWM调制器150。这里，使用比较器156将数字化的输入信号158和数字化的基准信号154相比较以生成数字化的PWM信号152。由于数字PWM生成器150的操作在固定时间网格上以固定和有限的采样率出现，PWM输出信号152中的边缘过渡通常不对应于模拟PWM实施中的交叉点。结果，引入了量化噪声和失真。该量化噪声和失真也可以在走样的情况下观察到，走样是由于正在以有限的采样率对宽带模拟PWM信号进行采样而出现的。根据采样率，与模拟实现相比，数字实现中存在的走样可以显著地减小采样输出信号152的动态范围。例如，如果使用了 IOOMHz的PWM基准频率(锯齿或三角形基准154的频率)和IGHz的PWM采样频率，每个PWM周期被量化为产生额外的噪声和走样的10个步骤。在一些情况中，这种实现的无虚假动态范围可以从70dB减小到约30dB，其中，无虚假动态范围被定义为分贝形式的感兴趣波段中的平均信号功率和最大杂散信号的功率之间的比率。应该理解的是，可以使用其它动态范围测量以将实施方式的PWM生成器的性能特征化。图Ie分别不出了对应于图Id的米样输入信号158和代表输出信号152的代表频谱160和170。输入信号158的采样性质产生了输入频谱160中的走样的频谱部分162。结果，对该信号的走样部分进ー步调制以产生额外的频谱能量172。如果数字PWM生成器150的输出信号上变频到RF频率，该效果更不如人意。由于基带信号是非带限的，经调制的基带信号在来自由负载波频率产生的成分中的正载波频率处失真，反之亦然。这进ー步减小了载波频率周围的动态范围并且使经调制的输入信号衰減。在一些情况中，如果多个PWM采样频率下降到约RF载波频率，通常，该信号质量衰减的部分会被补救。常规地，克服上变频PWM信号中的图像失真的问题的另ー种方式是在PWM脉冲上变频到理想的RF载波频率之前而在DPWM之后使用低通滤波器。尽管这可以避免图像问题，但走样仍然明显影响动态范围。増加数字PWM调制器的采样率可以帮助减轻图像问题，然而，该采样率可以变得非常高。例如，在100MHz PWM频率吋，PWM脉冲的采样率需要是几十兆赫以广生与常规ホ吴拟实现等同的动态范围。图2a示出了根据本专利技术实施方式的PWM调制器200。带限函数202获取数字输入 206并产生具有有限谐波成分的数字输出208。如由中间振幅的样本204所示的那样，数字脉冲输出208已是带限的。在一个实施方式中，通过确定PWM信号的傅立叶级数展开的第一 k个傅立叶谐波来计算数字输出208。可选地，可以使用PWM信号的任何带限傅立叶级数展开或除傅立叶基函数之外的其它基函数，包括但不限于小波(wavelet)基函数、正交多项式基函数和径向基函数。通过对生成的PWM函数进行带限而不是对生成的宽带函数进行低通滤波，可以显著地减小或避免PWM信号的动态范围的走样衰减的效果。可以多种方式实施调制器200，包括但不限于使用出于通用目的自制和/或标准单元逻辑以及/或者专用集成电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种根据输入信号生成脉宽调制信号的方法，所述方法包括：基于所述输入信号计算第一脉宽调制信号的有限数目的基函数；并且基于计算出的所述有限数目的基函数形成电子输出信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·辛格尔，克里斯蒂安·沃格尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：