專利名稱：用于基帶傳輸系統(tǒng)的電子數(shù)－模轉(zhuǎn)換器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于基帶傳輸系統(tǒng)的電子數(shù)-模轉(zhuǎn)換器電路。
更具體些，本發(fā)明涉及一種用于無相位失真地將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電子數(shù)-模轉(zhuǎn)換器電路，具體地包括一個(gè)∑-Δ型調(diào)制器和一個(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器的電路。
本發(fā)明首選的應(yīng)用領(lǐng)域是移動(dòng)電話領(lǐng)域。本發(fā)明本質(zhì)上是在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行描述。但是，本發(fā)明的范圍并不局限于移動(dòng)電話領(lǐng)域，而應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明適用的轉(zhuǎn)換電路和轉(zhuǎn)換方法的任何領(lǐng)域。
通常，一個(gè)移動(dòng)電話或無繩電話在結(jié)構(gòu)上可以被分為四個(gè)獨(dú)立塊用戶塊或用戶接口；控制塊；聲頻塊；以及射頻塊。后三塊構(gòu)成移動(dòng)電話的無線電單元。


圖1是一個(gè)顯示移動(dòng)電話的概要結(jié)構(gòu)100的框圖。概要結(jié)構(gòu)100有上述的四個(gè)主要塊。移動(dòng)電話的用戶訪問用戶接口120。用戶接口120通常包括一個(gè)揚(yáng)聲器121，一個(gè)麥克風(fēng)122，一個(gè)鍵區(qū)123和顯示裝置124。。用戶接口120可選地包括其他元件，例如一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)器。
無線電單元130包括基帶傳輸需要的塊語音編碼裝置；用于把信息壓縮成數(shù)據(jù)塊的裝置；以及把壓縮數(shù)據(jù)塊解壓縮為連續(xù)信號(hào)的裝置。這些元件，還有另外一些，被控制塊140，聲頻塊150和一個(gè)射頻塊160共享。
控制塊140包括一個(gè)充當(dāng)中央處理器單元的微處理器141。微處理器141實(shí)現(xiàn)建立一個(gè)呼叫必須的過程，它也通過不同的程序控制移動(dòng)電話不同的操作。這些程序包括，例如，管理用戶接口120的程序，監(jiān)視程序(特別是監(jiān)視電池電平)，為了便于維修移動(dòng)電話的測(cè)試程序。其它管理移動(dòng)電話和最近的傳輸中繼站之間的連接的程序。與用戶接口120相關(guān)的程序，特別是通過解釋用戶經(jīng)由數(shù)字鍵區(qū)123和鏈接101向微處理器提供的信息以及通過經(jīng)由鏈接102控制顯示裝置124管理用戶和其它程序的交互。
控制塊140還包括在移動(dòng)電話中用于存儲(chǔ)特別是操作系統(tǒng)，序列號(hào)，以及與移動(dòng)電話或使用不同服務(wù)的真實(shí)情況相關(guān)的電話號(hào)碼的存儲(chǔ)器142。這些存儲(chǔ)器142還可以用于建立一個(gè)呼叫。數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)地址和命令在存儲(chǔ)器142和微處理器141之間通過雙向總線103交換。
聲頻塊150基本上由執(zhí)行許多程序的信號(hào)處理器單元151構(gòu)成。信號(hào)處理器單元151通過鏈接104接收來自麥克風(fēng)122的信息。鏈接105用于在信號(hào)處理器單元151和揚(yáng)聲器121之間傳輸信號(hào)。信息也通過雙向鏈接106在信號(hào)處理器單元151和微處理器141之間交換。
與移動(dòng)電話的無線電單元130通信通過一個(gè)特殊的實(shí)現(xiàn)模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換的射頻接口160裝置進(jìn)行。射頻塊160包括，特別地與雙工器162相連的天線161；發(fā)送器163；接收器164；以及頻率發(fā)生器單元165。微處理器141通過各自的連接107，108，109管理發(fā)送器163，接收器164，和頻率發(fā)生器165的操作。信號(hào)處理器單元151能夠通過各自的鏈接110和111向發(fā)送器163發(fā)送信號(hào)和接收來自接收器164的信號(hào)。頻率發(fā)生器165通過各自的鏈接112和113與發(fā)送器163和接收器164相連。雙工器162通過鏈接114從發(fā)送器163接收信號(hào)并通過鏈接115向接收器164發(fā)送信號(hào)。
在發(fā)送器163中，承載語音信息和其它用于電信的信息的信號(hào)被調(diào)制用于無線頻率載波傳輸。調(diào)制操作通常以一種混合著期望傳輸頻率的中頻實(shí)現(xiàn)。多種調(diào)制方法是已知的。它們?nèi)Q于信號(hào)的類型以及傳輸可用的設(shè)備。傳輸模擬信息，可能使用頻率調(diào)制或頻移鍵控(FSK)。傳輸數(shù)字信息，可能使用相移鍵控(PSK)，例如π/4 PSK型，或使用高斯最小頻移鍵控(GMSK)。
圖2是一個(gè)用于發(fā)送器163的傳輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，更詳細(xì)地是現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路。來自信號(hào)處理器單元151的信號(hào)以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的形式發(fā)送給發(fā)送器163的接口210。發(fā)送器163接收到的信號(hào)被接口210、執(zhí)行GMSK型調(diào)制的調(diào)制器220、數(shù)-模轉(zhuǎn)換器240(DAC)，采樣保持電路230，和模擬濾波器250連續(xù)處理。
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于電能消耗和容易實(shí)現(xiàn)的原因，DAC 240通常是一個(gè)開關(guān)電容DAC。因而，例如，每一個(gè)來自調(diào)制器220的k位組產(chǎn)生一個(gè)在DAC 240的輸出直接k位編碼的值成比例的電壓。這種方法會(huì)產(chǎn)生來自DAC 240的信號(hào)和輸入DAC 240的信號(hào)之間的線性問題。這些線性問題由于在上述傳輸系統(tǒng)中存在一個(gè)采樣保持電路230而更為嚴(yán)重。DAC 240是一個(gè)開關(guān)電容數(shù)-模轉(zhuǎn)換器。這意味著在上述傳輸系統(tǒng)中控制數(shù)據(jù)傳送的一個(gè)循環(huán)的時(shí)鐘信號(hào)半個(gè)周期中，由DAC240處理的數(shù)位的值是不可用的。因此采樣保持電路230就需要保持時(shí)鐘信號(hào)的至少半個(gè)周期內(nèi)的每個(gè)處理的位值。然而采樣保持電路230的存在又加劇了信號(hào)傳輸中的非線性問題。在某種發(fā)送器中，特別是用于GSM型移動(dòng)電話系統(tǒng)的發(fā)送器中，傳輸信號(hào)的失真會(huì)非常損害呼叫的質(zhì)量。
現(xiàn)有技術(shù)中，特別是專利EP A-0642221，描述了一種用于基帶傳輸系統(tǒng)的電子數(shù)-模轉(zhuǎn)換器電路。電路包括一個(gè)用于提高數(shù)字信號(hào)采樣頻率的內(nèi)插器，一個(gè)∑-Δ型調(diào)制器，一個(gè)包括一個(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊，和最后一個(gè)低通濾波器型的模擬濾波器。
然而，在該文獻(xiàn)中描述的FIR是一個(gè)傳統(tǒng)的FIR，即，有一個(gè)h(z)＝1+a1z-1+a2z-2+a3z-3+...型傳遞函數(shù)。這種濾波器并不適用于GSM領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)樗枰粋€(gè)大的系數(shù)a1使得FIR有大的體積和高電能消耗以使濾波器獲得陡斜坡。
本發(fā)明可能減輕上述現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺陷，特別是，得到一個(gè)比現(xiàn)有技術(shù)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器中濾波器小的陡斜坡濾波器。
本發(fā)明提出一種用于無相位失真地將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電子數(shù)-模轉(zhuǎn)換器電路，系統(tǒng)包括·一個(gè)發(fā)送n位組格式信號(hào)的數(shù)字調(diào)制器；·一個(gè)用于提高數(shù)字信號(hào)采樣頻率的內(nèi)插器；·一個(gè)用于將n位信號(hào)轉(zhuǎn)換成1位信號(hào)的∑-Δ型調(diào)制器；
·一個(gè)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊，特別用于濾掉尖銳的量化噪音，該塊包括一個(gè)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器；以及·一個(gè)低通濾波器型的模擬濾波器，電子電路的特征在于有限脈沖響應(yīng)濾波器是一個(gè)多頻帶濾波器。
本發(fā)明的多個(gè)方面和優(yōu)勢(shì)通過以下參考采用對(duì)本發(fā)明不加限制描述的方法給出的圖示的描述將更清晰，其中圖1，如上文所述，是顯示一個(gè)移動(dòng)電話的概要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2，如上文所述，是一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的電子數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路的框圖；圖3是一個(gè)本發(fā)明的電子電路的框圖；圖4是一個(gè)∑-Δ調(diào)制器的框圖；并且圖5顯示當(dāng)一個(gè)信號(hào)經(jīng)過本發(fā)明的電子電路時(shí)信號(hào)在不同點(diǎn)時(shí)的頻譜。
在圖3中，可以看到已經(jīng)出現(xiàn)在圖2中現(xiàn)有技術(shù)傳輸系統(tǒng)中的接口210，它接收來自信號(hào)處理器單元151的信號(hào)。還可以看到GMSK型調(diào)制器220。從調(diào)制器220出來的信號(hào)繼續(xù)被以下元件處理內(nèi)插器310；∑-Δ型調(diào)制器320；數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊330；和最后的模擬濾波器340。這些元件的功能在下文中分別詳細(xì)描述。
調(diào)制器320被認(rèn)為是一個(gè)∑-Δ型調(diào)制器。圖4是這種調(diào)制器的框圖。術(shù)語“∑-Δ”來自于首先使用加法器410的調(diào)制器的配置，加法器習(xí)慣上標(biāo)記為希臘字母“∑”。加法器410的輸出連接到積分信號(hào)的積分器420。積分器420作為有效載荷輸入信號(hào)的低通濾波器。積分器420后接一個(gè)按執(zhí)行量化規(guī)則操作的量化器430作為取處理后的數(shù)字信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)采樣的差值的結(jié)果。術(shù)語“Δ”就來自于這個(gè)差值，符合這樣一個(gè)操作的通用的名字。一個(gè)負(fù)反饋回路440充當(dāng)一個(gè)由量化器430產(chǎn)生的量化噪聲的高通濾波器。∑-Δ型調(diào)制器使得把量化噪聲濾除在高頻中而使有效信號(hào)存在于低頻中成為可能。
在數(shù)-模轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，包括一個(gè)∑-Δ型調(diào)制器，采樣頻率一開始就被提高。在這種情況下，這個(gè)操作由內(nèi)插器310實(shí)現(xiàn)。內(nèi)插器使得實(shí)現(xiàn)一個(gè)附加采樣操作成為可能。
在本發(fā)明首選的應(yīng)用中，從GSMK型調(diào)制器出來的數(shù)據(jù)的采樣頻率通過執(zhí)行線性內(nèi)插被倍頻在兩個(gè)來自GSMK型調(diào)制器220的連續(xù)數(shù)據(jù)組之間，一個(gè)附加的數(shù)據(jù)組對(duì)應(yīng)于時(shí)間上直接相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)組的中間值被加入。采樣頻率通過將每個(gè)數(shù)據(jù)組重復(fù)三次而在輸入∑-Δ型調(diào)制器時(shí)三倍頻。
內(nèi)插器310因此使得從一個(gè)以采樣頻率為Fs的n位信號(hào)變?yōu)橐粋€(gè)采樣頻率為N*Fs的n位信號(hào)，此處N為自然整數(shù)。在本發(fā)明最佳的應(yīng)用中N＝6和n＝8。
與內(nèi)插器310相關(guān)的∑-Δ型調(diào)制器320使得有可能從一個(gè)以采樣頻率為N*Fs的n位信號(hào)得到一個(gè)采樣頻率為N*Fs的1位信號(hào)。
由∑-Δ型調(diào)制器320發(fā)送的1位信號(hào)可以成為一個(gè)脈寬調(diào)制(PDM)的信號(hào)。它提供給數(shù)-模塊作輸入。由于位數(shù)減少，∑-Δ型調(diào)制器320的輸出信號(hào)給數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊330提供更少的信息，但是由于內(nèi)插器310實(shí)現(xiàn)的附加采樣而使頻率更高了。
既然信號(hào)被編碼為1位，從∑-Δ型調(diào)制器320的輸出產(chǎn)生大的量化噪聲。數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊330用于濾掉這個(gè)量化噪聲。數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊330由一個(gè)1位數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，或叫1位DAC，和一個(gè)具有有限脈沖響應(yīng)的濾波器組成。
1位DAC的輸出激活它后面的有限脈沖響應(yīng)濾波器。FIR具有電流源。使用特殊的移位寄存器處理之后輸入到1位DAC的每一位控制一個(gè)電流源。每一個(gè)電流源與一個(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器的相應(yīng)系數(shù)相關(guān)聯(lián)。每一個(gè)電流源發(fā)送與FIR的相應(yīng)系數(shù)成比例的電流。
通過使用如本發(fā)明所述的一個(gè)1位DAC，使得解決與信號(hào)通過數(shù)-模系統(tǒng)被傳輸有關(guān)的非線性問題成為可能。
然而，為了濾掉高頻的量化噪聲，有限脈沖響應(yīng)濾波器必須有一個(gè)接近基帶頻率(典型的100kHz用于GSM)的截止頻率。這意味著在FIR濾波器的傳遞函數(shù)示意圖中必須有一個(gè)在100kHz附近非常陡的斜坡。不幸的是這一點(diǎn)只能通過使用傳統(tǒng)上的復(fù)雜的FIR濾波器實(shí)現(xiàn)，從而會(huì)有大量的系數(shù)。這會(huì)增加需要的電流源的數(shù)目。這樣一個(gè)解決方法將在信號(hào)傳輸過程中提高電能消耗，并且占用更大的體積。
在本發(fā)明中，有限脈沖響應(yīng)濾波器是一個(gè)多頻帶濾波器。FIR的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是無損害相位地消除接近信號(hào)的所有頻率，如圖5中第4個(gè)頻譜中量化噪聲530由于頻率接近信號(hào)而被過濾，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是比傳統(tǒng)的FIR小得多。
并且，多頻帶FIIR濾波器是一個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的濾波器，因?yàn)樗南禂?shù)的數(shù)目小，因而它只需要小數(shù)目的電流源。它的特性在于有一個(gè)傳遞函數(shù)，在其示意圖中在低頻處有一個(gè)陡斜坡，從而使高一些的頻率周期式地通過。
沒有被多頻帶FIR濾波器過濾的高一些的頻率會(huì)被簡(jiǎn)單的低通濾波器過濾，如圖3所示的模擬濾波器340。
多頻帶FIR濾波器的存在使得避免在信號(hào)傳輸系統(tǒng)中使用復(fù)雜的模擬濾波器成為可能，已知使用那種模擬濾波器易導(dǎo)致相位失真。
圖5顯示被傳輸?shù)男盘?hào)在本發(fā)明的電子電路中不同點(diǎn)時(shí)的頻譜。
從上到下觀察圖5，顯示的五個(gè)頻譜是分別在下列位置觀察到的內(nèi)插器210的輸入；內(nèi)插器210的輸出；∑-Δ型調(diào)制器320的輸出；數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊330的輸出；以及模擬濾波器340的輸出。
從∑-Δ型調(diào)制器320輸出的信號(hào)的頻譜可以清晰地看出，代表量化噪聲的頻譜510濾去到相對(duì)于有效負(fù)載信號(hào)的頻譜520高的頻率中。在數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊輸出的信號(hào)的頻譜中，可以看出本發(fā)明的多頻帶FIR濾波器允許頻帶530通過，繼而量化噪聲沒有被完全濾除，然而所有的直接接近有效負(fù)載信號(hào)的頻率確實(shí)被濾除了。
后面的模擬濾波器340是一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)的濾波器。本發(fā)明的電子電路在物理實(shí)現(xiàn)需要的體積方面是經(jīng)濟(jì)的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在信號(hào)被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)之后使用了補(bǔ)償電路。在數(shù)字部分補(bǔ)償電路的出現(xiàn)需要增加處理的信號(hào)的位數(shù)，那樣在信號(hào)傳輸方面會(huì)加劇線性問題。
在本發(fā)明首選的應(yīng)用中，∑-Δ型調(diào)制器具有傳遞函數(shù)h1(z)＝1-2z-1+z-2。
在本發(fā)明首選的應(yīng)用中，F(xiàn)IR濾波器的傳遞函數(shù)是h2(z)＝-1+z-14+2.74z-21+4.85z-28+5.76z-35+4.85z-42+2.74z-49+z-57-z-71。在這種情況下，F(xiàn)IR濾波器只有九個(gè)系數(shù)。從而顯然是易于實(shí)現(xiàn)的。這樣一個(gè)濾波器在物理實(shí)現(xiàn)需要的體積方面也具有經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于基帶傳輸系統(tǒng)中無相位失真地將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電子數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路，系統(tǒng)包括·一個(gè)以n位組格式發(fā)送一個(gè)信號(hào)的數(shù)字調(diào)制器(220)；·一個(gè)用于提高數(shù)字信號(hào)采樣頻率(Fs)的內(nèi)插器(310)；·一個(gè)用于將n位信號(hào)轉(zhuǎn)換為1位信號(hào)的∑-Δ型調(diào)制器(320)；·一個(gè)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器塊(330)，特別地用于濾除尖銳的量化噪聲，該塊包括一個(gè)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器；以及·一個(gè)低通濾波器型的模擬濾波器(340)，該電子電路特征在于有限脈沖響應(yīng)濾波器是一個(gè)多頻帶濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，其特征在于數(shù)-模轉(zhuǎn)換器是一個(gè)發(fā)送脈寬調(diào)制信號(hào)的1位數(shù)-模轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電子電路，其特征在于有限脈沖響應(yīng)濾波器包括發(fā)送與定義濾波器的系數(shù)成比例的電流的電流源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)的電子電路，其特征在于∑-Δ型調(diào)制器(320)有以下傳遞函數(shù)h1(z)＝1-2z-1+z-2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任意一項(xiàng)的電子電路，其特征在于有限脈沖響應(yīng)濾波器有以下傳遞函數(shù)h2(z)＝-1+z-14+2.74z-21+4.85z-28+5.76z-35+4.85z-42+2.74z-49+z-57-z-71。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)的電子電路，其特征在于內(nèi)插器(310)對(duì)采樣頻率(Fs)六倍頻。
7.根據(jù)上述任意權(quán)利要求在移動(dòng)電話中使用該數(shù)-模轉(zhuǎn)換器電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于解決通過數(shù)－模轉(zhuǎn)換器模塊傳輸信號(hào)時(shí)的相位線性問題的電子電路。通過級(jí)聯(lián)以下元件:一個(gè)內(nèi)插器(310);一個(gè)Σ－Δ型調(diào)制器(320);一個(gè)由1位數(shù)－模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)多頻帶有限脈沖響應(yīng)濾波器組成的數(shù)－模轉(zhuǎn)換器塊(330);一個(gè)模擬濾波器(340),它有可能濾除量化噪聲而在電路的輸出端提供一個(gè)線性響應(yīng)。
文檔編號(hào)H03M3/02GK1257351SQ99126709
公開日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1999年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月14日
發(fā)明者楊阜基, 阿爾諾·梅克 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾公司