專利名稱：取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，尤指一種應(yīng)用于一音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，使該音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器不需要利用石英振蕩器或鎖相回路產(chǎn)生取樣 頻率。
背景技術(shù)：
目前多媒體的主流音頻格式上大多使用48kHz、44. IkHz或32kHz這三種基準 頻率乘或除以一正整數(shù)N，作為音頻輸出信號的取樣頻率。舉例來說，高清晰音效(High Definition Audio)規(guī)格的取樣頻率 192kHz 為 48kHz 的四倍(48kHz*4) ；MPEG-4CELP 規(guī)格 的取樣頻率8kHz為32kHz的四分之一(32kHz/4)。為了支援不同的取樣頻率，音頻模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)使用的工作頻率必須是取樣頻率的整數(shù)倍。 假設(shè)上述的取樣頻率為Fs，一般常見的工作頻率包含(256*Fs)、(384*Fs)、(512*Fs)以及 (768*Fs)。然而，上述的工作頻率并不存在于原本的系統(tǒng)中。為因應(yīng)不同取樣頻率的音頻 播放功能，在音頻ADC的設(shè)計上必須增加一個能產(chǎn)生對應(yīng)工作頻率的石英震蕩器(crystal oscillator)或鎖相回路(Phase Lock Loop, PLL)電路。請參考

圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的音頻ADC 100架構(gòu)的示意圖。音頻ADC100包含 一三角積分調(diào)變器(Sigma-Delta Modulator, SDM) 110、一梳型濾波器(comb filter) 120、 一 N倍降頻器130、一降頻濾波模塊140以及一模擬鎖像回路(Analog Phase Lock Loop，APLL) 150。音頻ADC 100根據(jù)APLL150所產(chǎn)生的工作頻率，將一模擬音頻信號轉(zhuǎn) 換為一目標(biāo)取樣頻率Fs的數(shù)字音頻信號。SDMllO用來對一模擬音頻信號進行超取樣 (over-sampling)，以將該模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字音頻信號。在對一信號取樣時常常會 引起交迭(aliasing)現(xiàn)象，而導(dǎo)致信號失真，為避免此一情形，在對該信號取樣時的取樣 頻率必須大于該信號的奈奎斯特率(Nyquist rate)，也就是該信號的兩倍信號頻率，而SDM 110在對模擬音頻信號進行超取樣的超取樣率(Oversampling Rate,0SR)更是必須遠大于 該模擬音頻信號的兩倍信號頻率。如此一來，在對該模擬音頻信號取樣時所產(chǎn)生的量化噪 聲(quantization noise)會平均分布于更高的頻寬之間，因此可有效降低信號頻寬內(nèi)的量 化噪聲。梳型濾波器120為一串聯(lián)積分梳型(Cascaded Integrated Comb, CIC)濾波 器，其主要功能是用來排除信號頻段以外的噪聲，以防止在取樣后噪聲進入信號頻段內(nèi) (in-band)。一般來說，CIC濾波器用于降頻(decimation)取樣以及升頻(interpolation) 取樣的應(yīng)用上。在降頻取樣的應(yīng)用上，CIC濾波器有防混迭濾波(anti-aliasing)的功效， 而在升頻取樣的應(yīng)用上，CIC濾波器可用來防止鏡像(anti-image)。使用CIC濾波器最大 的好處是在將演算法實現(xiàn)到硬件時并不需要使用到乘法器，而僅利用到簡單的加法器及減 法器，因而能簡化硬件復(fù)雜度并降低系統(tǒng)功率。在現(xiàn)有技術(shù)的音頻ADC 100架構(gòu)中，N倍降 頻器130電性連接于梳型濾波器120，以形成一降頻取樣濾波器，用來將SDM 110所輸出的 數(shù)字音頻信號降頻N倍數(shù)(意即將該數(shù)字音頻信號的頻率除以N)，其中N為一正整數(shù)。
降頻濾波模塊140用來將N倍降頻器130所輸出的數(shù)字音頻信號進一步地降頻一 正整數(shù)(舉例來說，降頻4倍數(shù))，以產(chǎn)生目標(biāo)取樣頻率Fs的數(shù)字音頻信號。一般來說，降 頻濾波模塊140包含一衰減補償濾波器(Dropcompensation Filter，DCF) 141、一第一半頻 帶濾波器(half band filter) 142、一第一二倍降頻器143、一第二半頻帶濾波器144以及 一第二二倍降頻器145。由于CIC濾波器會造成通帶(passband)中高頻部分信號能量的衰 減，因此DCF141可用來補償該增益的衰減。第一半頻帶濾波器142電性連接于DCF 141， 為一低通濾波器(low pass filter, LPF)，用來對DCF 141所輸出的數(shù)字音頻信號進行濾 波，以避免信號在經(jīng)過第一兩倍降頻器143后，產(chǎn)生信號交迭(aliasing)的現(xiàn)象，影響音頻 輸出信號的品質(zhì)。第一二倍降頻器143電性連接于第一半頻帶濾波器142，用來將DCF 141 所輸出的數(shù)字音頻信號降頻2倍。第二半頻帶濾波器144電性連接于第一二倍降頻器143， 而第二二倍降頻器145電性連接于第二半頻帶濾波器144。第二半頻帶濾波器144以及第 二二倍降頻器145的運作原理與第一半頻帶濾波器142以及第一二倍降頻器143類似。因 此，降頻濾波模塊140將N倍降頻器130所輸出的數(shù)字音頻信號再降頻4倍。為了支援上述的取樣頻率(48kHz、44. IkHz或32kHz)，APLL 150可根據(jù)取樣頻率 Fs產(chǎn)生音頻ADC 100的工作頻率Fs*4N。根據(jù)業(yè)界現(xiàn)今常見的規(guī)格，假設(shè)音頻ADC 100欲 產(chǎn)生的取樣頻率Fs為44. IkHz,以作為音頻輸出信號的取樣頻率Fs，其中N為32，則APLL 150所產(chǎn)生的頻率為5. 6448MHz (44. lkHz*4*32)。然而，雖然APLL 150可以根據(jù)不同音頻 信號來產(chǎn)生對應(yīng)的取樣頻率，但APLL 150在積體電路中所占用面積相較為大，因此所需成 本相對較高
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一目的在于提供一種應(yīng)用于一音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的取樣頻率轉(zhuǎn) 換裝置。本發(fā)明提供一種取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，用來將一模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為一目標(biāo)頻率的 數(shù)字音頻信號。該取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置包含一三角積分調(diào)變器、一第一降頻濾波模塊、一升降 頻模塊以及一第三降頻濾波模塊。該三角積分調(diào)變器用來根據(jù)一工作頻率對該模擬音頻信 號進行取樣，以產(chǎn)生一第一頻率的數(shù)字音頻信號。該第一降頻濾波模塊電性連接于該三角 積分調(diào)變器，用來接收該第一頻率的數(shù)字音頻信號，并對該第一頻率的數(shù)字音頻信號進行 濾波以及降頻，以產(chǎn)生一第二頻率的數(shù)字音頻信號。該升降頻模塊電性連接于該第一降頻 濾波模塊，用來對該第二頻率的數(shù)字音頻信號進行升頻以及降頻，以產(chǎn)生一第三頻率的數(shù) 字音頻信號。該第三降頻濾波模塊電性連接于該升降頻模塊，用來接收該升降頻模塊輸出 的數(shù)字音頻信號以產(chǎn)生目標(biāo)頻率的數(shù)字音頻信號。其中，升降頻模塊更包含一第二降頻濾波模塊，當(dāng)?shù)谌l率的數(shù)字音頻信號為一 預(yù)設(shè)頻率的2η倍時，輸出該第三頻率的數(shù)字音頻信號至第三降頻濾波模塊；當(dāng)?shù)谌l率的 數(shù)字音頻信號不為該預(yù)設(shè)頻率的2η倍時，對該第三頻率的數(shù)字音頻信號進行濾波以及降 頻，以產(chǎn)生一第四頻率的數(shù)字音頻信號至第三降頻濾波模塊。其中η為一整數(shù)。本發(fā)明提供一取樣頻率轉(zhuǎn)換功能的音頻ADC，可利用一系統(tǒng)時脈產(chǎn)生的工作頻率 將一模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為一目標(biāo)頻率的數(shù)字音頻信號。由于本發(fā)明的ADC不需要利用額外 的石英振蕩器或鎖相回路產(chǎn)生取樣頻率，因此可有效降低電路面積及制造成本。附圖 說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)的音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置的示意圖；圖2A為說明本發(fā)明的音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置的示意圖；圖2B為說明本發(fā)明音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置的另一實施例的示 意圖；圖3為說明工作頻率、目標(biāo)頻率以及第一至第五參數(shù)的關(guān)系表；圖4為說明不同的工作頻率的第一至第五參數(shù)的關(guān)系表；圖5A為根據(jù)圖2A的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置所變化的實施例的示意圖；圖5B為根據(jù)圖2B的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置所變化的實施例的示意圖。附圖標(biāo)號100音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器200、201、500、501 取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置110,210三角積分調(diào)變器120濾波器130N倍降頻器140降頻濾波模塊150模擬鎖相回路220第一降頻濾波模塊221第一升頻器222第一濾波器223第一降頻器230升降頻模塊231第二升頻器232第二降頻器233低通濾波器240第二降頻濾波模塊241第二濾波器242第三降頻器250第三降頻濾波模塊141,251 衰減補償濾波器142、252 第一半頻帶濾波器143第一二倍降頻器144、254 第二半頻帶濾波器145第二二倍降頻器253第四降頻器255第五降頻器A E第一 第五參數(shù)Fs目標(biāo)頻率
Fs2第二頻率Fs3第三頻率Fs4第四頻率Fsc工作頻率Pl第一路徑P2第二路徑
具體實施例方式請參考圖2A，圖2A為說明本發(fā)明的音頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200的示意圖。 取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200包含一三角積分調(diào)變器(Sigma-DeltaModulator，SDM)210、一第一 降頻濾波模塊220、一升降頻模塊230以及一第三降頻濾波模塊250。其中，升降頻模塊中 更包含一第二降頻濾波模塊240。取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200利用SDM 210對一模擬音頻信號 進行超取樣(Over-sampling)，以產(chǎn)生一數(shù)字音頻信號，其中第一降頻濾波模塊220、升降 頻模塊230、第二降頻濾波模塊240以及第三降頻濾波模塊250分別根據(jù)不同的參數(shù)來對該 數(shù)字音頻信號進行升頻及降頻，以產(chǎn)生一目標(biāo)頻率Fs的數(shù)字音頻信號。SDM 210用來對一模擬音頻信號進行超取樣，以將該模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字 音頻信號。在本實施例中，SDM 210根據(jù)一系統(tǒng)時脈產(chǎn)生的工作頻率Fsc (舉例來說，系統(tǒng) 時脈為24MHz，工作頻率Fsc為6MHz)來對該模擬音頻信號超取樣，以輸出一頻率Fsc的數(shù) 字音頻信號。第一降頻濾波模塊220用來將頻率Fsc的數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生一第二頻率 Fs2的數(shù)字音頻信號。第一降頻濾波模塊220包含一第一升頻器221、一第一濾波器222以 及一第一降頻器223。在頻率Fsc的數(shù)字音頻信號輸入第一濾波器222之前，第一降頻濾波 模塊220根據(jù)第一升頻器221中一第一參數(shù)A來重復(fù)接收該數(shù)字音頻信號，以對頻率Fsc 的數(shù)字音頻信號進行升頻。舉例來說，當(dāng)?shù)谝粎?shù)A為4時，數(shù)字音頻信號會重復(fù)4次輸入 第一濾波器222，也就是將數(shù)字音頻信號升頻4倍。第一濾波器222對該數(shù)字音頻信號進行 濾波后，第一降頻器223根據(jù)一第二參數(shù)B將該數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生第二頻率Fs2的 數(shù)字音頻信號。舉例來說，當(dāng)?shù)谝粎?shù)A及第二參數(shù)B分別為2及125時，第二頻率Fs2為 Fsc*2/125。其中，第一濾波器222可以用梳型濾波器(comb filter)，亦可用一般數(shù)字濾 波器替換，但并不局限于此實施例；舉例來說，一般數(shù)字濾波器可為有限脈沖響應(yīng)(Finite Impulse Response, FIR)或無限脈沖響應(yīng)(Infinite Impulse Response, IIR)濾波器。升降頻模塊230包含一第二升頻器231、一第二降頻器232以及一第二降頻濾波 模塊240。第二升頻器231電性連接于第一降頻濾波模塊220的第一降頻器223，用來接收 第二頻率Fs2的數(shù)字音頻信號。第二降頻器232電性連接于第二升頻器231。升降頻模塊 230利用第二升頻器231根據(jù)一第三參數(shù)C來對第二頻率Fs2的數(shù)字音頻信號進行升頻，然 后再利用第二降頻器232根據(jù)一第四參數(shù)D來對該數(shù)字音頻信號進行降頻，以產(chǎn)生一第三 頻率Fs3的數(shù)字音頻信號。第二降頻濾波模塊240包含一第一路徑Pl與一第二路徑P2。其中，第一路徑Pl 中具有一第二濾波器241以及一第三降頻器242，而第二路徑P2則直接將第三頻率Fs3的 數(shù)字音頻信號輸出至第三降頻濾波模塊250。第二降頻濾波模塊240電性連接于第二降頻器232，用來接收第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號。當(dāng)?shù)谌l率Fs3的數(shù)字音 頻信號為一預(yù)設(shè)頻率Fd(舉例來說，預(yù)設(shè)頻率Fd為 48kHz)的(2-n)倍時，第二降頻濾波模塊240經(jīng)由第二路徑P2直接輸出第三頻率Fs3的數(shù) 字音頻信號，其中η為整數(shù)。當(dāng)?shù)谌l率Fs3的數(shù)字音頻信號不是預(yù)設(shè)頻率Fd的(2-n)倍 時，第二降頻濾波模塊240經(jīng)由第一路徑Pl將第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號傳送到第二濾 波器241。第二濾波器241對該數(shù)字音頻信號進行濾波后，第三降頻器242根據(jù)一第五參數(shù) E來對該數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生一第四頻率Fs4的數(shù)字音頻信號。舉例來說，假設(shè)第三降頻模塊250固定降四倍頻，當(dāng)目標(biāo)頻率為12KHz、24KHz、 48KHz、96KHz或192KHz等頻率時，第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號為48KHz、96KHz、192KHz、 384KHz或768KHz，第三頻率Fs3為預(yù)設(shè)頻率(48kHz)的(2-0、2_1、2_2、23或24)倍，第二降 頻濾波模塊240經(jīng)由第二路徑P2直接輸出第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號；當(dāng)?shù)谌l率Fs3 的數(shù)字音頻信號為 832KHz、l. 323MHz、1. 664MHz、2. 646MHz、3. 328MHz、5. 292MHz、6. 656MHz、 10. 584MHz、13. 312MHz或21. 168MHz等頻率時，由于第三頻率Fs3不是預(yù)設(shè)頻率(48kHz)的 (2-n)倍，所以第二降頻濾波模塊240經(jīng)由第一路徑Pl將第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號傳 送到第二濾波器241。第二濾波器241對該數(shù)字音頻信號進行濾波后，第三降頻器242根據(jù) 第五參數(shù)E來對該數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生一第四頻率Fs4的數(shù)字音頻信號。其中，第二 濾波器241亦可用梳型濾波器或一般數(shù)字濾波器(如上述的FIR或IIR濾波器)替換。第三降頻濾波模塊250電性連接于該第二降頻濾波模塊240。第三降頻濾波模塊 250包含一衰減補償濾波器(Drop compensation Filter，DCF) 251、一第一半頻帶濾波器 (half-band filter) 252、一第四降頻器253、一第二半頻帶濾波器254以及一第五降頻器 255。第三降頻濾波模塊250可對因為第二濾波器對該數(shù)字音頻信號的高頻部分所造成的 衰減進行補償。另外，第三降頻濾波模塊250亦同時將第二降頻濾波模塊240所輸出的第 三頻率Fs3或第四頻率Fs4的數(shù)字音頻信號更進一步降頻，最后產(chǎn)生目標(biāo)頻率Fs的數(shù)字音 頻信號。于本實施例中，第四降頻器253及第五降頻器255分別進行二倍降頻，所以第三降 頻濾波模塊250將第二降頻濾波模塊所輸出的第三頻率Fs3或第四頻率Fs4的數(shù)字音頻信 號降頻四倍。第四降頻器253及第五降頻器255的降頻倍數(shù)僅為本實施例所用，使用者可 依實際需求變更第四降頻器253或第五降頻器255的降頻倍數(shù)。再者，圖2A所示的音頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200僅為本發(fā)明的實施例示意 圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可據(jù)以做不同的修飾或變化。請參考圖2B，圖2B為說明本發(fā)明的音 頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置210的示意圖。取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置201相似于圖2A中取樣頻 率轉(zhuǎn)換裝置200，其相異之處為升降頻模塊230中第二降頻濾波模塊240可將原先的兩個路 徑結(jié)合為一個路徑，通過硬件選擇第二濾波器241使其為一可調(diào)整系數(shù)的濾波器，利用系 數(shù)調(diào)整使第二濾波器241可成為一全通濾波器或是一低通濾波器。當(dāng)?shù)谌l率Fs3的數(shù)字音頻信號為一預(yù)設(shè)頻率Fd(舉例來說，預(yù)設(shè)頻率Fd為 48kHz)的(2-n)倍時，第二濾波器241通過系數(shù)調(diào)整為全通濾波器，而第三降頻器242的第 五參數(shù)E設(shè)為1，使其不對第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號進行濾波及降頻，直接輸出第三頻 率Fs3的數(shù)字音頻信號，其中η為整數(shù)。當(dāng)?shù)谌l率Fs3的數(shù)字音頻信號不是預(yù)設(shè)頻率Fd 的(2-n)倍時，第二濾波器241通過系數(shù)調(diào)整為低通濾波器，第二濾波器241對該數(shù)字音頻 信號進行濾波后，第三降頻器242根據(jù)一第五參數(shù)E來對該數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生一第四頻率Fs4的數(shù)字音頻信號。在本發(fā)明的實施例中，第一至第五參數(shù)A、B、C、D及E根據(jù)工作頻率Fsc以及設(shè)定 的目標(biāo)頻率Fs預(yù)先計算所得到。不同的目標(biāo)頻率Fs及工作頻率Fsc的組合會產(chǎn)生不同的 第一至第五參數(shù)A、B、C、D及E。請參考同時參考圖2A以及圖3。圖3為說明工作頻率Fsc、 目標(biāo)頻率Fs以及第一至第五參數(shù)A、B、C、D及E的關(guān)系表。以下將利用圖2A中的音頻ADC 的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200以及圖3的關(guān)系表來說明如何根據(jù)本發(fā)明的音頻ADC 200利用系 統(tǒng)時脈產(chǎn)生的工作頻率Fsc (也就是不需要額外的振蕩器或鎖相回路)，將模擬音頻信號轉(zhuǎn) 換為目標(biāo)頻率Fs的數(shù)字音頻信號。假設(shè)工作頻率Fsc、目標(biāo)頻率Fs以及預(yù)設(shè)頻率Fd分別 為 6MHz、64kHZ 以及 48kHz，第一至第五參數(shù) A、B、C、D 及 E 分別為(1、8、71、8、26)。SDM 210 首先根據(jù)工作頻率Fsc (6MHz)來對模擬音頻信號進行超取樣，以輸出工作頻率Fsc (6MHz) 的數(shù)字音頻輸出信號。由于第一參數(shù)A為1，因此數(shù)字音頻輸出信號會在不改變(Fsc*l = Fsc)的情況下傳輸至第一濾波器222。第一濾波器222對該數(shù)字音頻輸出信號濾波后，第 一降頻器223根據(jù)第二參數(shù)B將工作頻率Fsc (6MHz)的數(shù)字音頻信號降頻8倍，以產(chǎn)生第 二頻率Fs2的數(shù)字音頻信號，而第二頻率Fs2為750kHz (6MHz/8 = 750kHz)。接著，第二升 頻器231根據(jù)第三參數(shù)C將第二頻率Fs2 (750kHz)的數(shù)字音頻信號升頻，然后第二降頻器 232根據(jù)第四參數(shù)D將該數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號。因此， 第三頻率Fs3為6656. 25kHz (750kHz*71/8 = 6656. 25kHz)。由于第三頻率Fs3的數(shù)字音 頻信號不是該預(yù)設(shè)頻率Fd(48kHz)的2η倍，第二降頻濾波模塊240切換于第一路徑PI。第 二濾波器241對該數(shù)字音頻輸出信號濾波后，第三降頻器242根據(jù)第五參數(shù)E將第三頻率 Fs3的數(shù)字音頻信號降頻26倍，并據(jù)以產(chǎn)生第四頻率Fs4的數(shù)字音頻信號；而第四頻率Fs4 為256kHz (6656. 25kHz/26 = 256kHz)。最后，第三降頻濾波模塊250將第四頻率Fs4的數(shù) 字音頻信號降頻四倍，以產(chǎn)生目標(biāo)頻率Fs(256kHz/4 = 64kHz)的數(shù)字音頻信號。 須注意的是，在相同目標(biāo)頻率Fs及工作頻率Fsc的組合下，仍可能會產(chǎn)生不同組 合的第一至第五參數(shù)A、B、C、D及E。舉例來說，請繼續(xù)參考圖3，當(dāng)工作頻率Fsc及目標(biāo)頻 率Fs分別設(shè)定為6MHz以及192kHz時，第一參數(shù)A可為16、8或4。當(dāng)?shù)谝粎?shù)A為16時， 頻率Fsc的數(shù)字音頻信號輸入第一濾波器222時，會先升頻16倍而成為96MHz。在現(xiàn)有的 系統(tǒng)架構(gòu)下，在第一降頻模塊220采用96MHz較高的工作頻率，將提升該電路設(shè)計的成本； 系統(tǒng)中亦不一定存在如此高速的工作時脈。因此使用者可選擇第一參數(shù)A為8或4來降低 第一降頻模塊220的工作頻率，而第三參數(shù)C亦對應(yīng)地調(diào)整為2或4。此調(diào)整并不影響在輸 出端Fs數(shù)字音頻的品質(zhì)。請參考圖4。圖4為說明不同的工作頻率Fsc的第一至第五參數(shù)A、B、C、D及E的 關(guān)系表。本發(fā)明的音頻ADC 200亦可用于不同的工作頻率FscjB 1. 5MHz、3MHz、6MHz、12MHz 或24MHz。以工作頻率Fsc、目標(biāo)頻率Fs以及預(yù)設(shè)頻率Fd分別為12MHz、96kHZ以及48kHz 為例，第一至第五參數(shù)A、B、C、D及E分別為(4或2、125、1或2、1、1)。SDM 210首先根據(jù) 工作頻率FSC(12MHz)來對模擬音頻信號進行超取樣，以輸出工作頻率Fsc (12MHz)的數(shù)字 音頻輸出信號。由于第一參數(shù)A為4或2，因此第一升頻器221根據(jù)第一參數(shù)A將工作頻 率Fsc (12MHz)的數(shù)字音頻信號升頻四倍(Fsc*4 = 48MHz)或二倍(Fsc*2 = 24MHz)。如前 所述，第一降頻模塊220采用較高的工作頻率，將提升該電路設(shè)計的成本，而系統(tǒng)中亦不一 定存在如此高速的工作時脈。因此，選擇第一參數(shù)A為2可降低第一參數(shù)A為4時第一降頻模塊220的工作頻率，意即第三參數(shù)C亦對應(yīng)地調(diào)整為2。數(shù)字音頻輸出信號會在升頻 二倍(Fsc*2 = 24MHz)的情況下傳輸至第一濾波器222。第一濾波器222對該數(shù)字音頻輸 出 信號濾波后，第一降頻器223根據(jù)第二參數(shù)B將工作頻率Fsc (24MHz)的數(shù)字音頻信號降 頻125倍，以產(chǎn)生第二頻率Fs2的數(shù)字音頻信號，而第二頻率Fs2為192kHz (24MHz/125 = 192kHz)。接著，第二升頻器231根據(jù)第三參數(shù)C將第二頻率Fs2 (192kHz)的數(shù)字音頻信號 升頻，然后第二降頻器232根據(jù)第四參數(shù)D將該數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生第三頻率Fs3的 數(shù)字音頻信號。因此，第三頻率Fs3為384kHz (192kHz*2/l = 384kHz)。由于第三頻率Fs3 的數(shù)字音頻信號為該預(yù)設(shè)頻率Fd (48kHz)的(23)倍，第二降頻濾波模塊240切換于第二路 徑P2，以經(jīng)由第二路徑P2直接輸出第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號。最后，第三降頻濾波模 塊250將第三頻率Fs3的數(shù)字音頻信號降頻四倍，以產(chǎn)生目標(biāo)頻率Fs(384kHz/4 = 96kHz) 的數(shù)字音頻信號。再者，圖2A與圖2B所示的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200與取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置201僅為 本發(fā)明的實施例示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可據(jù)以做不同的修飾或變化。請參考圖5A與 圖5B，其中，圖5A為根據(jù)圖2A的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200所變化的實施例的示意圖。取樣頻 率轉(zhuǎn)換裝置相似于圖2A中的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其相異之處為升降頻模塊230可另包含一 低通濾波器(Low PassFilter, LPF) 233，電性連接于第二升頻器231及第二降頻器232之 間，用來在該第二頻率Fs2的數(shù)字音頻信號進行升頻和降頻之間對該數(shù)字音頻信號進行鏡 像信號的濾波。同理，請參考圖5B，圖5B為根據(jù)圖2B的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置201所變化的實 施例的示意圖。取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置501相似于圖2B中的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置201，其相異之 處為升降頻模塊230可另包含一低通濾波器(Low Pass Filter，LPF) 233，電性連接于第二 升頻器231及第二降頻器232之間，用來在該第二頻率Fs2的數(shù)字音頻信號進行升頻和降 頻之間對該數(shù)字音頻信號進行鏡像信號的濾波。在現(xiàn)有技術(shù)中，雖然音頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置100的APLL 150可根據(jù)不同音 頻信號來產(chǎn)生對應(yīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換時的取樣頻率，但一 APLL在一般積體電路0. 16微米的 工藝下，約需要500*400 (20k)個邏輯閘。在無減損數(shù)字音頻輸出品質(zhì)的條件下，本發(fā)明音 頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200利用一升降頻模塊230以及一第二降頻濾波模塊240，而 不需使用APLL 150。升降頻模塊230所需的邏輯閘約為0.3k個，而第二濾波器所需的邏 輯閘約為2K個，所以本發(fā)明音頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置只需約2. 3k個邏輯閘。相較于 現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明音頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置可節(jié)省約17. 7k個邏輯閘，也就是節(jié)省大約 88%的邏輯閘數(shù)目。因此，本發(fā)明音頻ADC的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置200占用較小電路面積，可 有效降低成本。綜上所述，本發(fā)明提供一取樣頻率轉(zhuǎn)換功能的音頻ADC，可利用一系統(tǒng)時脈產(chǎn)生的 工作頻率將一模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為一目標(biāo)頻率的數(shù)字音頻信號。由于本發(fā)明的ADC不需要 利用額外的石英振蕩器或鎖相回路產(chǎn)生取樣頻率，因此可有效降低電路面積及制造成本。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，應(yīng)用于一音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用來將一模擬音頻信號轉(zhuǎn) 換為一目標(biāo)頻率的數(shù)字音頻信號，其特征在于，所述取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置包含一三角積分調(diào)變器，用來根據(jù)一工作頻率對所述模擬音頻信號進行取樣，以產(chǎn)生一第 一頻率的數(shù)字音頻信號；一第一降頻濾波模塊，電性連接于所述三角積分調(diào)變器，用來接收所述第一頻率的數(shù) 字音頻信號，并對所述第一頻率的數(shù)字音頻信號進行濾波以及降頻，以產(chǎn)生一第二頻率的 數(shù)字音頻信號；一升降頻模塊，電性連接于所述第一降頻濾波模塊，用來對所述第二頻率的數(shù)字音頻 信號進行升頻以及降頻，以產(chǎn)生一第三頻率的數(shù)字音頻信號；以及一第三降頻濾波模塊，電性連接于所述升降頻模塊，用來對所述升降頻模塊所輸出的 數(shù)字音頻信號進行濾波以及降頻，以輸出所述目標(biāo)頻率的數(shù)字音頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一降頻濾波模塊包含 一第一升頻器，電性連接于所述三角積分調(diào)變器，用來對所述數(shù)字音頻信號進行升頻；一第一濾波器，用來接收升頻后的所述數(shù)字音頻信號；以及一第一降頻器，電性連接于所述第一濾波器，用來對升頻后的所述數(shù)字音頻信號進行 降頻，以產(chǎn)生一第二頻率的數(shù)字音頻信號。
3.如權(quán)利要求2所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一濾波器為梳型、有限 脈沖響應(yīng)或無限脈沖響應(yīng)濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述升降頻模塊包含一第二升頻器，電性連接于所述第一降頻濾波模塊，用來對所述第二頻率的數(shù)字音頻 信號進行升頻；一第二降頻器，電性連接于所述第二升頻器，用來對所述數(shù)字音頻信號進行降頻，以產(chǎn) 生所述第三頻率的數(shù)字音頻信號；以及一第二降頻濾波模塊，電性連接于所述第二降頻器，接收第三頻率的數(shù)字音頻信號并 判別所述第三頻率的數(shù)字音頻信號是否為一預(yù)設(shè)頻率的2η倍，其中當(dāng)所述第三頻率為所 述預(yù)設(shè)頻率的2η倍時，直接輸出所述第三頻率的數(shù)字音頻信號至所述第三降頻濾波模塊； 當(dāng)所述第三頻率不為所述預(yù)設(shè)頻率的2η倍時，對所述第三頻率的數(shù)字音頻信號進行濾波 以及降頻，以產(chǎn)生一第四頻率的數(shù)字音頻信號輸出至所述第三降頻濾波模塊，其中η為一 整數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第二降頻濾波模塊包括 一第一路徑與一第二路徑，其中所述第一路徑具有一第二濾波器，用來接收所述第三頻率 的數(shù)字音頻信號，以及一第三降頻器，電性連接于所述第二濾波器，用來對所述數(shù)字音頻信 號進行降頻以產(chǎn)生一第四頻率的數(shù)字音頻信號；其中所述第二路徑則將第三頻率的數(shù)字信 號直接輸出至所述第三降頻濾波模塊。
6.如權(quán)利要求4所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第二降頻濾波模塊包含 一第二濾波器，用來接收所述第三頻率的數(shù)字音頻信號，并依據(jù)一系數(shù)設(shè)定以對所述數(shù)字音頻信號進行濾波；以及一第三降頻器，電性連接于所述第二濾波器，依據(jù)一參數(shù)設(shè)定以對所述數(shù)字音頻信號進行降頻；其中當(dāng)所述第三頻率為所述預(yù)設(shè)頻率的2η倍時，調(diào)整所述系數(shù)將所述第二濾波器設(shè) 定為全通濾波器，并設(shè)定所述參數(shù)為1使所述第三降頻器直接輸出所述第三頻率的數(shù)字音 頻信號至所述第三降頻濾波模塊；當(dāng)所述第三頻率不為所述預(yù)設(shè)頻率的2η倍時，調(diào)整所述 系數(shù)將所述第二濾波器設(shè)定為低通濾波器進行濾波，并設(shè)定所述參數(shù)使所述第三降頻器對 濾波過的所述第三頻率的數(shù)字音頻信號降頻，以產(chǎn)生一第四頻率的數(shù)字音頻信號輸出至所 述第三降頻濾波模塊。
7.如權(quán)利要求4所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述升降頻模塊另包含一低 通濾波器，電性連接于所述第二升頻器與所述第二降頻器之間，用來在所述第二頻率的數(shù) 字音頻信號進行升頻之后對所述數(shù)字音頻信號進行濾波。
8.如權(quán)利要求2所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一升頻器根據(jù)一第一 參數(shù)來重復(fù)接收所述第一頻率的數(shù)字音頻信號，使所述第一頻率的數(shù)字音頻信號升頻。
9.如權(quán)利要求1所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第三降頻濾波模塊包含 一衰減補償濾波器，電性連接于所述第二降頻濾波模塊，用來補償所述第一降頻濾波模塊以及所述升降頻模塊所輸出的數(shù)字音頻信號；一第一半頻帶濾波器，電性連接于所述衰減補償濾波器，用來對所述數(shù)字音頻信號進 行濾波；一第四降頻器，電性連接于所述第一半頻帶濾波器，用來對所述數(shù)字音頻信號進行降頻；一第二半頻帶濾波器，電性連接于所述第四降頻器， 用來對所述數(shù)字音頻輸出信號進 行濾波；以及一第五降頻器，電性連接于所述第二半頻帶濾波器，用來對所述數(shù)字音頻信號進行降 頻，以產(chǎn)生所述目標(biāo)頻率發(fā)數(shù)字音頻信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置可將一模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為一目標(biāo)頻率的數(shù)字音頻信號。該取樣頻率轉(zhuǎn)換裝置包含一三角積分調(diào)變器、一第一降頻濾波模塊、一升降頻模塊以及一第三降頻濾波模塊。該三角積分調(diào)變器對該模擬音頻信號取樣，以產(chǎn)生一第一頻率的數(shù)字音頻信號。該第一降頻濾波模塊對該第一頻率的數(shù)字音頻信號濾波以及降頻，以產(chǎn)生一第二頻率的數(shù)字音頻信號。該升降頻模塊對該第二頻率的數(shù)字音頻信號升頻以及降頻，以產(chǎn)生一第三頻率的數(shù)字音頻信號。該第三降頻濾波模塊接收該升降頻模塊輸出的該數(shù)字音頻信號以產(chǎn)生一目標(biāo)頻率的數(shù)字音頻信號。本發(fā)明的ADC不需要利用額外的石英振蕩器或鎖相回路產(chǎn)生取樣頻率，因此可有效降低電路面積及制造成本。
文檔編號H03M3/04GK102055480SQ20091020942
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者馮樂天 申請人:揚智科技股份有限公司