雜散音分散裝置以及頻率計測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及提高頻率數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的分辨率的雜散音（idle tone)分散裝置以及 頻率計測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的方法，公知有Δ-Σ調(diào)制方式。此外，在專利文 獻(xiàn)1，公開了使用Δ-Σ調(diào)制方式來計測被測定信號的頻率的頻率計測裝置。此外，在專利 文獻(xiàn)1中，公開了：在該頻率計測裝置中，不存在非檢測期間的結(jié)構(gòu)的計數(shù)值的連續(xù)輸出相 當(dāng)于與被測定信號頻率的高低對應(yīng)的1次Α-Σ調(diào)制信號。在以下的說明中，將如下轉(zhuǎn)換 器稱作FDSM(Frequency Delta Sigma Modulator):其使用基準(zhǔn)信號，以Δ-Σ調(diào)制方式對 被測定信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，確定被測定信號的頻率。
[0003] 已知在Δ-Σ調(diào)制器的輸出中，通常會產(chǎn)生被稱作雜散音的周期性量化噪聲（參 照例如非專利文獻(xiàn)1的2. 6章）。在基于FDSM進(jìn)行的頻率測定中，雜散音是直接導(dǎo)致其測 定精度劣化的噪聲。
[0004] 在非專利文獻(xiàn)2中，研究了如下方法：使被測定信號依次延遲而提供給并聯(lián)化的 多個FDSM，并向全部FDSM提供基準(zhǔn)信號，將并聯(lián)化的多個FDSM的輸出相加，由此抑制雜散 首。
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :美國專利第6362769號
[0006] 非專利文獻(xiàn) I :Richartd Schreier，Gabor C. Temes. ; Δ Σ 型模擬 / 數(shù)字轉(zhuǎn)換器 入門，34~41頁，2007
[0007] 非專利文獻(xiàn) 2 :Dag T Wisland，et al.，ESSCIRC2002, P. 687-690,2002

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 然而，在將頻率調(diào)制信號作為被測定信號輸入到FDSM時，F(xiàn)DSM的輸出會在被測定 信號的基頻信號成分中疊加有量化噪聲成分。在非專利文獻(xiàn)2的頻率計測裝置中，即使向 FDSM輸入對被測定信號施加延遲后的信號，輸出中包含的基頻信號成分也沒有變化，但其 前提是，輸出中包含的量化噪聲成分在并聯(lián)輸出之間不相關(guān)。而且，為了使電路規(guī)模最小 化，將FDSM的結(jié)構(gòu)限定為比特流輸出，而且，在被測定信號的頻率低于基準(zhǔn)信號的頻率的 情況下，以將被測定信號的半周期分割的方式設(shè)計各個延遲量，由此，使量化噪聲分散的效 果最大化。
[0009] 但是，在非專利文獻(xiàn)2中，同時也報告了：在實驗驗證中，沒有達(dá)到期待的改善。
[0010] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其要解決問題之一是，抑制在Δ-Σ調(diào)制中產(chǎn) 生的作為周期性量化噪聲的雜散音。
[0011] 為了解決上述問題，本發(fā)明的雜散音分散裝置的一個方式是一種雜散音分散裝 置，其使用基準(zhǔn)信號，對被測定信號進(jìn)行頻率Α-Σ調(diào)制，輸出使雜散音分散后的頻率 Δ-Σ調(diào)制信號，其特征在于，該雜散音分散裝置具有：η個頻率Δ-Σ調(diào)制部；相位調(diào)整 部，其相對地調(diào)整所述被測定信號和所述基準(zhǔn)信號的相位，生成η組的輸出被測定信號以 及輸出基準(zhǔn)信號，將各組的輸出被測定信號以及輸出基準(zhǔn)信號分別提供給所述η個頻率 Δ-Σ調(diào)制部，η為2以上的任意自然數(shù)；以及加法部，其將所述η個頻率Δ-Σ調(diào)制部的輸 出信號相加，輸出所述頻率Α-Σ調(diào)制信號，所述 η個頻率Δ-Σ調(diào)制部分別使用從所述相 位調(diào)整部提供的所述輸出基準(zhǔn)信號，對所述輸出被測定信號進(jìn)行頻率Α-Σ調(diào)制，所述相 位調(diào)整部針對所述η個頻率Δ-Σ調(diào)制部的輸出信號，以使得雜散音的相位均不同的方式， 相對地調(diào)整所述被測定信號和所述基準(zhǔn)信號的相位，生成所述η組的輸出被測定信號以及 輸出基準(zhǔn)信號。
[0012] 在頻率Δ-Σ調(diào)制部的輸出信號中，會疊加有雜散音引起的量化噪聲。根據(jù)該方 式，針對η個頻率Δ-Σ調(diào)制部的輸出信號，以使得雜散音的相位均不同的方式，相對地調(diào) 整被測定信號和基準(zhǔn)信號的相位，因此，通過將η個頻率Δ-Σ調(diào)制部的輸出信號相加，能 夠抑制雜散音引起的量化噪聲。
[0013] 此處，在"相對地調(diào)整被測定信號和基準(zhǔn)信號的相位"中，包含如下方式：僅對被測 定信號施加延遲；僅對基準(zhǔn)信號施加延遲；以及對被測定信號和基準(zhǔn)信號施加延遲。
[0014] 在上述雜散音分散裝置的一個方式中，優(yōu)選的是，在設(shè)規(guī)定時間為D、所述被測定 信號的1個周期或所述基準(zhǔn)信號的1個周期為T、m為η以下的任意自然數(shù)、mD/nT為整數(shù)、 mD/nT和m互質(zhì)、向第i個頻率△ - Σ調(diào)制部提供的輸出被測定信號與輸出基準(zhǔn)信號的相位 差為PJt，所述相位調(diào)整部以使得D/n = Pi+1-Pi的方式，相對地調(diào)整所述被測定信號和所 述基準(zhǔn)信號的相位，生成所述η組的輸出被測定信號以及輸出基準(zhǔn)信號，其中，i為η-I以 下的任意自然數(shù)。
[0015] 在mD/nT為整數(shù)且mD/nT和m不互質(zhì)的情況下，在設(shè)mD/nT和m的最大公約數(shù)為g 時，在雜散音的相位關(guān)系的分散中，產(chǎn)生每m/g次則循環(huán)一次的周期。根據(jù)該方式，相位調(diào) 整部以使mD/nT和m互質(zhì)的方式設(shè)定規(guī)定時間D，因此，能夠可靠地使雜散音分散。其結(jié)果 是，能夠提高頻率Α-Σ調(diào)制信號的SNR。
[0016] 在上述雜散音分散裝置的一個方式中，優(yōu)選的是，所述頻率Δ-Σ調(diào)制部以數(shù)據(jù) 流形式輸出所述輸出信號，在設(shè)所述被測定信號的1個周期和所述基準(zhǔn)信號的1個周期中 的較短的周期為Tx、向第i個頻率Δ-Σ調(diào)制部提供的輸出被測定信號與輸出基準(zhǔn)信號的 相位差為，所述相位調(diào)整部以使得Tx/n = Pw-P1的方式，相對地調(diào)整所述被測定信號 和所述基準(zhǔn)信號的相位，生成所述η組的輸出被測定信號以及輸出基準(zhǔn)信號，其中，i為η-1 以下的任意自然數(shù)。
[0017] 在以數(shù)據(jù)流形式生成的頻率Δ-Σ調(diào)制部的輸出信號，會疊加有雜散音引起的量 化誤差。在該情況下，雜散音的周期取決于被測定信號的頻率（周期）和基準(zhǔn)信號的頻率 (周期），但其周期不低于被測定信號的1個周期和基準(zhǔn)信號的1個周期中的較短的周期。 根據(jù)該方式，在設(shè)向第i個頻率Α-Σ調(diào)制部提供的輸出被測定信號與輸出基準(zhǔn)信號的相 位差為P 1、較短的一方的周期為Tx時，相位調(diào)整部以使得IVn = Pw-P1的方式相對地調(diào)整 被測定信號和基準(zhǔn)信號的相位，因此，從η個頻率Δ-Σ調(diào)制部輸出的輸出信號中疊加的雜 散音的相位逐一錯開Τχ/η。因此，使η個輸出信號中疊加的雜散音在時間上變得分散，由 此，抑制了頻率Α-Σ調(diào)制信號中疊加的雜散音引起的量化噪聲，提高了 SNR。
[0018] 在上述雜散音分散裝置的一個方式中，優(yōu)選的是，所述頻率Δ-Σ調(diào)制部以比特 流形式輸出所述輸出信號，在設(shè)所述被測定信號的半周期和所述基準(zhǔn)信號的1個周期中的 較短的周期為Tx、向第i個頻率Δ-Σ調(diào)制部提供的輸出被測定信號與輸出基準(zhǔn)信號的相 位差為PJt，所述相位調(diào)整部以使得Tx/n = Pw-P1的方式，相對地調(diào)整所述被測定信號和 所述基準(zhǔn)信號的相位，生成所述η組的輸出被測定信號以及輸出基準(zhǔn)信號，其中，i為η-I以 下的任意自然數(shù)。
[0019] 在以比特流形式生成的頻率Δ-Σ調(diào)制部的輸出信號中，會疊加有雜散音引起的 量化誤差。在該情況下，雜散音的周期取決于被測定信號的頻率（周期）和基準(zhǔn)信號的頻 率（周期），但其周期不低于被測定信號的半周期和基準(zhǔn)信號的1個周期中的較短的周期。 根據(jù)該方式，在設(shè)向第i個頻率Α-Σ調(diào)制部提供的輸出被測定信號與輸出基準(zhǔn)信號的相 位差為P 1、被測定信號的半周期和基準(zhǔn)信號的1個周期中的較短的周期為Tx時，相位調(diào)整 部以使得Tx/n = Pw-P1的方式，相對地調(diào)整被測定信號和基準(zhǔn)信號的相位，因此，從η個頻 率Δ-Σ調(diào)制部輸出的輸出信號中疊加的雜散音的相位逐一錯開Τχ/η。因此，使η個輸出 信號中疊加的雜散音在時間上變得分散，由此，抑制了頻率Α-Σ調(diào)制信號中疊加的雜散 音引起的量化噪聲，提高了 SNR。
[0020] 在上述雜散音分散裝置的一個方式中，優(yōu)選的是，所述相位調(diào)整部具有多個延遲 電路，所述多個延遲電路串聯(lián)連接且各自的延遲時間為Τχ/η，將所述被測定信號和所述基 準(zhǔn)信號中的一方的信號提供給所述η個頻率Δ-Σ調(diào)制部，使用所述多個延遲電路，使所述 被測定信號和所述基準(zhǔn)信號中的另一方的信號延遲而提供給所述η個頻率Δ-Σ調(diào)制部。
[0021] 根據(jù)該方式，相位調(diào)整部利用多個延遲電路來相對地調(diào)整被測定信號和基準(zhǔn)信號 的相位，但將各延遲電路的延遲時間設(shè)定為Τχ/η，因此，能夠使延遲電路的個數(shù)以及多個延 遲電路的總延遲時間最小化。因此，能夠簡化雜散音分散裝置的結(jié)構(gòu)。
[0022] 在上述雜散音分散裝置的一個方式中，優(yōu)選的是，所述雜散音分散裝置具有比較 部，該比較部對所述被測定信號的頻率和所述基準(zhǔn)信號的頻率進(jìn)行比較，所述相位調(diào)整部 基于所述比較部的比較結(jié)果，相對地調(diào)整所述被測定信號和所述基準(zhǔn)信號的相位，生成所 述η組的輸出被測定信號以及輸出基準(zhǔn)信號。
[0023] 根據(jù)該方式，相位調(diào)整部基于比較部的比較結(jié)果，相對地調(diào)整被測定信號和基準(zhǔn) 信號的相位，因此，即使在不清楚被測定信號的1個周期或半周期和基準(zhǔn)信號的1個周期 的哪一方是較短的周期的情況下，也能夠使η個輸出信號中疊加的雜散音在時間上變得分 散，能夠抑制頻率A-Σ調(diào)制信號中疊加的雜散音引起的量化噪聲。
[0024] 接下來，本發(fā)明的頻率計測裝置的特征在于具有：上述雜散音分散裝置；以及頻 率數(shù)據(jù)生成部，其基于所述頻率A-Σ調(diào)制信號，生成表示所述被測定信號的頻率的頻率 數(shù)據(jù)。根據(jù)該方式，基于抑制了雜散音引起的量化噪聲的頻率Δ-Σ調(diào)制信號而生成頻率 數(shù)據(jù)，因此，能夠提高頻率的計測精度。
【附圖說明】
[0025] 圖1是第1實施方式的雜散音分散裝置IA的框圖。
[0026] 圖2是示出輸出基準(zhǔn)信號Fcj以及輸出被測定信號Fxj的一例的時序圖。
[0027] 圖3是示出輸出數(shù)據(jù)OUTj的一例的時序圖。
[0028] 圖4是示出輸出被測定信號Fxj的周期的超前的說明圖。
[0029] 圖5是簡單地使FDSM并聯(lián)化而得到的裝置的框圖。
[0030] 圖6是圖5所示的裝置的時序圖。
[0031] 圖7是示出相位調(diào)整部10的一例的框圖。
[0032] 圖8是是示出被測定信號Fx的頻率fx高于基準(zhǔn)信號Fc的頻率fc的情況下的雜 散音分散裝置IA的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0033] 圖9是圖8所示的雜散音分散裝置IA的時序圖。
[0034] 圖10是示出基準(zhǔn)信號Fc的頻率fc高于被測定信號Fx的頻率fx的情況下的雜 散音分散裝置IA的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0035] 圖11是示出輸出基準(zhǔn)信號Fcj以及輸出被測定信號Fxj的一例的時序圖。
[0036] 圖12是示出FDSM(j)的輸出數(shù)據(jù)OUTj的一例的時序圖。
[0037] 圖13是圖10所示的雜散音分散裝置IA的時序圖。
[0038] 圖14是從圖10所示的雜散音分散裝置IA去除相位調(diào)整部10而得到的圖5所示 的裝置的時序圖。
[0039] 圖15是第2實施方式的雜散音分散裝置IB的框圖。
[0040] 圖16是示出輸出基準(zhǔn)信號Fcj以及輸出被測定信號Fxj的一例的時序圖。
[0041] 圖17是示出FDSM(j)的輸出數(shù)據(jù)OUTj的一例的時序圖。
[0042] 圖18是在雜散音分散裝置IB中設(shè)為η = 4