專利名稱：用于音頻σ-δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)字信號處理，更具體地說，涉及一種用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的數(shù)字濾波裝置。
背景技術(shù)：
典型的Σ-Δ ADC (即Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器)包含一個Σ-Δ調(diào)制器和一個抽取數(shù) 字濾波器。圖1為調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。抽取數(shù)字濾波器是Σ-ΔADC的關(guān)鍵部分，其目的 是從該數(shù)據(jù)流中提取出有用的信息，并將數(shù)據(jù)速率降低到可用的水平。在Σ-AADC中，經(jīng) 過調(diào)制器(modulator)后，數(shù)據(jù)的量化噪聲的總功率并沒有減小，只是分布改變了，由原來 在整個頻譜中均勻分布，變?yōu)榧性诟哳l段。由于sigma-delta ADC采用了 over-sample 技術(shù)，采樣率遠(yuǎn)高于奈奎斯特(Nyquiste)頻率，因此需要進(jìn)行降采樣(down sample)以便降 低數(shù)據(jù)速率，這個過程中，高頻分量可能導(dǎo)致混疊(alising)，使信噪比下降，因此需要使用 抽取濾波器的濾除帶外噪聲，減小混疊的發(fā)生，使降采樣后的信號有較高的信噪比，同時去 掉多余的數(shù)據(jù)、降低數(shù)據(jù)速率，方便后級進(jìn)行處理。由于帶寬被輸出數(shù)字濾波器降低，輸出數(shù)據(jù)速率可低于原始采樣速率，但仍滿足 Nyquist定律。這可通過保留某些采樣而丟棄其余采樣來實現(xiàn)，這個過程就是所謂的按M因 子“抽取"。M因子為抽取比例，可以是任何整數(shù)值。在選擇抽取因子時應(yīng)該使輸出數(shù)據(jù)速 率高于兩倍的信號帶寬。這樣，如果以fs的頻率對輸入信號采樣，濾波后的輸出數(shù)據(jù)速率 可降低至fs /M，而不會丟失任何信息。在高性能音頻Σ-AADC中，要求濾波器在整個聲音頻帶內(nèi)具有非常平坦的特性， 以便實現(xiàn)高保真度音頻回放，而常用的CIC濾波器的通帶紋波、通帶截止頻率和阻帶截止 頻率等不能任意控制，因此會給設(shè)計帶來不便，需要使用^R濾波器，濾波之后進(jìn)行抽取操 作。圖2是傳統(tǒng)的使用HR濾波器加抽取結(jié)構(gòu)實現(xiàn)抽取濾波器框圖，圖中每塊ROM都保存 了所有的濾波器系數(shù)，累加器的工作頻率與調(diào)制器輸出的比特速率相同，工作時每相隔32 個輸入比特啟動一個累加器進(jìn)行累加，數(shù)據(jù)選擇器的切換間隔也是32個輸入比特的時間。由于每塊ROM都保存了全部的濾波器系數(shù)，而且為了獲得好的濾波效果，濾波器 系數(shù)位寬都比較大，因此ROM的容量往往很大。以音頻Σ-ΔADC的濾波器為了，典型階數(shù) 為1024，濾波器系數(shù)位寬為20bit，那么每塊濾波器系數(shù)ROM的容量為1024*20bit，即20k 比特，那么32塊ROM的總?cè)萘繛?40k比特，占用了大量的硅片面積，生產(chǎn)成本很高。為了滿足高性能要求，HR濾波器的階數(shù)是非常大的，例如音頻Σ-AADC的濾波 器的通帶紋波要求小于士0. OOldB，滿足這樣的要求需要使用10 階的HR濾波器，可能需 要消耗大量的資源，占用很大的硅片面積，導(dǎo)致產(chǎn)品成本過高，影響競爭力。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述占用硅片面積較大的缺 陷，提供一種占用硅片面積較小的一種用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置。[0008]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種用于音頻Σ-Δ模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，包括多個存儲單元、多個多路器、控制單元、多個邏輯運(yùn)算單元和 多個累加器；其中，所述多個存儲單元分別設(shè)置在不同位置，所述多個存儲單元分別存儲有 所述數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)，所述多個存儲單元分別與所述多個多路器連接；所述多個多 路器分別在所述控制單元的控制下?lián)褚惠敵鏊鰹V波系數(shù)到所述多個邏輯運(yùn)算單元，所述 多個邏輯運(yùn)算單元分別將輸入的濾波系數(shù)與所述Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)運(yùn)算后分 別輸出到所述多個累加器。在本實用新型所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，所述多個存 儲單元的輸出分別連接到所述每個多路器輸入端。在本實用新型所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，所述累加器 數(shù)量為所述數(shù)字濾波器階數(shù)除以所述數(shù)字濾波器的降采樣率。在本實用新型所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，所述多路器 數(shù)量為數(shù)字濾波器階數(shù)除以數(shù)字濾波器的降采樣率，所述存儲單元為分布在不同位置的 ROM塊，所述每個ROM塊的深度等于降采樣率。在本實用新型所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，所述多路器 和所述邏輯運(yùn)算單元一一對應(yīng)，所述邏輯運(yùn)算單元為與門。在本實用新型所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，所述控制單 元包括用于記錄由所述調(diào)制器輸入的比特編號的分頻器、依據(jù)所述比特編號產(chǎn)生所述比特 對應(yīng)的濾波系數(shù)的存儲地址的地址產(chǎn)生電路和依據(jù)所述地址控制所述多個多路器選擇輸 出的濾波系數(shù)的多路器控制單元。在本實用新型所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，還包括連接 在所述數(shù)字濾波器輸出端和所述多個累加器輸出端之間、依次接通所述數(shù)字濾波器輸出端 和所述多個累加器輸出端之間的選擇開關(guān)。在本實用新型所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，所述選擇開 關(guān)在所述調(diào)制器輸出與所述數(shù)字濾波器階數(shù)相同的比特數(shù)后開始連接所述多個累加器的 輸出端和所述數(shù)字濾波器的輸出端；并在所述調(diào)制器輸出與所述ROM深度相同的比特數(shù)后 跳轉(zhuǎn)到下一個累加器的輸出端。本實用新型還涉及一種音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括 數(shù)字濾波裝置，所述數(shù)字濾波裝置為上述的數(shù)字濾波裝置，其包括多個存儲單元、多個多路 器、多個控制單元、邏輯運(yùn)算單元和多個累加器；其中，所述多個存儲單元分別設(shè)置在不同 位置，所述多個存儲單元分別存儲有所述數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)，所述多個存儲單元分別 與所述多個多路器連接；所述多個多路器分別在所述控制單元的控制下?lián)褚惠敵鏊鰹V 波系數(shù)到所述多個邏輯運(yùn)算單元，所述多個邏輯運(yùn)算單元分別將輸入的濾波系數(shù)與所述 Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)運(yùn)算后分別輸出到所述多個累加器。實施本實用新型的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，，具有以下有 益效果由于在數(shù)字濾波裝置中使用分開的存儲單元來存儲濾波系數(shù)，且使用控制單元來 使得恰當(dāng)?shù)妮敒V波系數(shù)出現(xiàn)在邏輯運(yùn)算單元上，所以，不需要每個存儲單元均存儲所有的 濾波系數(shù)，而是只要所有的存儲單元能夠存儲全部濾波系數(shù)即可，這不僅使得存儲單元所 占的硅片面積縮小，也使得每個存儲單元的面積縮小，所以，在保證數(shù)字濾波裝置正常工作的情況下，大大減少了其所占的硅片面積，節(jié)省了成本。
圖1是Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器中調(diào)制器的原理示意圖；圖2是Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器中數(shù)字濾波器原理框圖；圖3是本實用新型用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置及模數(shù)轉(zhuǎn)換器實施 例中數(shù)字濾波器的原理框圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施例作進(jìn)一步說明。如圖3所示，在本實用新型用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置實施例中， 該數(shù)字濾波裝置包括多個存儲單元、多個多路器、控制單元、多個邏輯運(yùn)算單元和多個累加 器；其中，多個存儲單元分別設(shè)置在不同位置，通常而言，數(shù)字濾波器設(shè)置一個集成電路中， 這些位置是數(shù)字濾波裝置中的不同位置，即完成數(shù)字濾波裝置功能的集成電路的不同位 置；多個存儲單元分別存儲有該數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)，也就是說，所有存儲單元中的濾波 系數(shù)加起來剛好構(gòu)成一個完整的濾波系數(shù)；多個存儲單元分別與所多個多路器連接，多個 存儲單元的輸出分別連接到每個多路器輸入端，每個多路器均與所有上述存儲單元的輸出 連接；多個多路器分別在控制單元的控制下?lián)褚惠敵銎浣邮盏降臑V波系數(shù)到多個邏輯運(yùn)算 單元，一個多路器輸出到一個邏輯運(yùn)算單元；多個邏輯運(yùn)算單元分別將輸入的濾波系數(shù)與 所述Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)(也就是上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的調(diào)制器的輸出數(shù)據(jù))運(yùn)算后 分別輸出到多個累加器，同樣，一個邏輯轉(zhuǎn)換單元也是只輸出到一個累加器?？傊?，上述多 路器和邏輯運(yùn)算單元一一對應(yīng)；而邏輯運(yùn)算單元為據(jù)有多個輸入的與門。在本實施例中，累加器數(shù)量為數(shù)字濾波器階數(shù)除以數(shù)字濾波器的降采樣率；此外， 上述存儲單元為分布在數(shù)字濾波裝置(集成電路)中不同位置的ROM塊，每個ROM塊的深度 為32，即等于上述降采樣率。在本實施例中，控制單元包括用于記錄由所述調(diào)制器輸入的比特編號的分頻器、 依據(jù)所述比特編號產(chǎn)生所述比特對應(yīng)的濾波系數(shù)的存儲地址的地址產(chǎn)生電路和依據(jù)所述 地址控制所述多個多路器選擇輸出的濾波系數(shù)的多路器控制單元。以IOM抽頭、降采樣率為32為例，假設(shè)調(diào)制器輸出比特的速率是1. 536MHz，濾波 器輸出速率為48KHz，系數(shù)ROM可以定為32塊，累加器的數(shù)目也是32個，此時每塊ROM的深 度為32，工作時包括以下步驟1)分頻器從1開始計數(shù)，頻率與調(diào)制器的輸出比特率相同，計數(shù)周期為322)分頻器的輸出作為系數(shù)ROM的地址，因此在分頻器輸出1時，32塊ROM輸出的 分別是系數(shù)1、33、65、…、961、9933)多路器選擇所需的系數(shù)，并與濾波器輸入比特相與4)相與的結(jié)果輸入到累加器進(jìn)行累加5)從調(diào)制器輸入10M個比特后，從輸出分支0輸出第一個濾波結(jié)果6)以后每輸入32個比特后，依次從輸出分支1、輸出分支2…輸出濾波結(jié)果在本實施例中，數(shù)字濾波裝置的最后輸出是通過一個選擇開關(guān)實現(xiàn)的，其連接在數(shù)字濾波器輸出端和多個累加器輸出端之間，并且依次接通數(shù)字濾波器輸出端和多個累加 器輸出端之間，使得被連接的累加器的輸出出現(xiàn)在上述數(shù)字濾波器的輸出端上，作為數(shù)字 濾波器的輸出；該選擇開關(guān)在上述調(diào)制器輸出與數(shù)字濾波器階數(shù)相同的比特數(shù)的信號后開 始連接多個累加器的輸出端和數(shù)字濾波器的輸出端；并在調(diào)制器輸出與所述ROM深度相同 的比特數(shù)的信號后跳轉(zhuǎn)到下一個累加器的輸出端。通過上面的描述，得知所述數(shù)字濾波裝置包括多路器、累加器、系數(shù)ROM、分頻器和 其他控制邏輯(即控制單元)。當(dāng)其濾波時，從ROM中讀出濾波器系數(shù)，利用多路器選取對應(yīng) 的濾波器系數(shù)，濾波器系數(shù)與輸入比特相與(邏輯運(yùn)算)，對與操作的結(jié)果進(jìn)行累加，讀取累 加結(jié)果作為濾波器輸出。實際上，本實施例中以IOM階、降采樣率為32的抽取數(shù)字濾波器為例，假設(shè)調(diào)制 器輸出比特的速率是3. 072MHz，濾波器輸出速率為48KHz，系數(shù)ROM取32塊(原則上可以靈 活選取，只要保證每次可以讀出32個濾波器系數(shù)、相鄰濾波器系數(shù)編號相隔32即可)，累加 器的數(shù)目也是32個(累加器的個數(shù)必須等于濾波器階數(shù)除以降采樣率)，此時每塊ROM的深 度為32。于是，每塊ROM的容量為32拉0比特，總的容量為32拉0*32比特，也就是所有濾波 器系數(shù)的比特數(shù)總和。為避免現(xiàn)有設(shè)計保存多份完整系數(shù)導(dǎo)致的問題(占用較大的硅片面積)，本實施例 把一個完整的濾波系數(shù)表拆分為多個子表，并保存在不同的ROM中，使用時采用多路器選 取濾波器系數(shù)，因此整個數(shù)字濾波裝置占用的資源大大減小。本實施例還涉及一種音頻Σ - Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該音頻Σ - Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括數(shù)字 濾波裝置，所述數(shù)字濾波裝置為本實施例中所限定的數(shù)字濾波裝置。通常，一個或多個所述 音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器以一個獨立的集成電路的形式出現(xiàn)。以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬 于本實用新型的保護(hù)范圍。因此，本實用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，包括多個存儲單 元、多個多路器、控制單元、多個邏輯運(yùn)算單元和多個累加器；其中，所述多個存儲單元分別 設(shè)置在不同位置，所述多個存儲單元分別存儲有所述數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)，所述多個存 儲單元分別與所述多個多路器連接；所述多個多路器分別在所述控制單元的控制下?lián)褚惠?出所述濾波系數(shù)到所述多個邏輯運(yùn)算單元，所述多個邏輯運(yùn)算單元分別將輸入的濾波系數(shù) 與所述Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)運(yùn)算后分別輸出到所述多個累加器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所 述多個存儲單元的輸出分別連接到所述每個多路器輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所 述累加器數(shù)量為所述數(shù)字濾波器階數(shù)除以所述數(shù)字濾波器的降采樣率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其特征在于， 所述多路器數(shù)量為數(shù)字濾波器階數(shù)除以數(shù)字濾波器的降采樣率，所述存儲單元為分布在不 同位置的ROM塊，所述每個ROM塊的深度等于降采樣率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所 述多路器和所述邏輯運(yùn)算單元一一對應(yīng)，所述邏輯運(yùn)算單元為與門。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其特征在于， 所述控制單元包括用于記錄由所述調(diào)制器輸入的比特編號的分頻器、依據(jù)所述比特編號產(chǎn) 生所述比特對應(yīng)的濾波系數(shù)的存儲地址的地址產(chǎn)生電路和依據(jù)所述地址控制所述多個多 路器選擇輸出的濾波系數(shù)的多路器控制單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其 特征在于，還包括連接在所述數(shù)字濾波器輸出端和所述多個累加器輸出端之間、依次接通 所述數(shù)字濾波器輸出端和所述多個累加器輸出端之間的選擇開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，其特征在于， 所述選擇開關(guān)在所述調(diào)制器輸出與所述數(shù)字濾波器階數(shù)相同的比特數(shù)后開始連接所述多 個累加器的輸出端和所述數(shù)字濾波器的輸出端；并在所述調(diào)制器輸出與所述ROM深度相同 的比特數(shù)后跳轉(zhuǎn)到下一個累加器的輸出端。
9.一種音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所述數(shù)字濾波裝置為 如權(quán)利要求8所述的數(shù)字濾波裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置，包括多個存儲單元、多個多路器、控制單元；其中，所述多個存儲單元分別設(shè)置在不同位置，所述多個存儲單元分別存儲有所述數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)，所述多個存儲單元分別與所述多個多路器連接；所述多個多路器分別在所述控制單元的控制下?lián)褚惠敵鏊鰹V波系數(shù)到所述多個邏輯運(yùn)算單元，所述多個邏輯運(yùn)算單元分別將輸入的濾波系數(shù)與所述Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)運(yùn)算后分別輸出到所述多個累加器。本實用新型還涉及一種用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。實施本實用新型的用于音頻Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波裝置中，具有以下有益效果減少了其所占的硅片面積，節(jié)省了成本。
文檔編號H03H17/02GK201928245SQ20102067206
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
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