[實用新型]用于模數和數模轉換的信號處理電路

有效

• 申請號: 201720147800.5
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN206481290U
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 徐榮強
• 申請（專利權）人: 北京地平線信息技術有限公司
• 主分類號: H03M1/08
• 分類號: H03M1/08;H03M1/12
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所11497
• 代理人: 黃小臨,王懷章

技術領域

本申請涉及信號處理領域，且更具體地，涉及一種用于模數和數模轉換的信號處理電路。

背景技術

由于數字信號處理電路具有低電源電壓、低功耗、高集成度和小芯片面積等特點，所以現代信息通信系統大多都是基于數字信號處理技術來工作的。數字系統只能對數字信號進行處理，而在工業和生活中的許多物理量都是連續變化的模擬量，例如，音頻、溫度、壓力、流量等，因此，這就需要引入能夠將模擬量轉換為數字量的模數轉換。

在現有技術中，模數轉換主要包括采樣、量化和編碼三個步驟。采樣是在時間上將模擬信號離散化的過程；量化是利用有限個電平來近似表示模擬采樣值的過程；而編碼是將每個量化電平用一定位數編碼表示的過程。

現有的量化技術主要分為均勻量化和非均勻量化兩種類型。均勻量化采用均勻的量化間隔，其實現簡單，但是在量化位數有限的情況下，量化噪聲隨信號電平的減少而大幅提高。減小量化噪聲的方法一般有兩種：1)提高分辨率，例如使用更多的量化位數；2)增加采樣率，使采樣信號盡量逼近被測信號。然而，這兩種方法對于數字通訊來說都不適宜，因為它們都需要增加相當大的傳輸頻帶寬度，卻只能把噪聲功率降低很小。

為此，提出非均勻量化，其通過對采樣信號先進行壓縮(非線性變化)、再進行均勻量化，可以根據信號的不同區間來確定量化間隔，即在小信號范圍內提供較多的量化級，而在大信號范圍內提供較少的量化級，從而改善了出現概率較大的小信號時的量化噪聲。

實用新型內容

然而，在現有技術中，無論是均勻量化還是非均勻量化，都只能采用固定的量化量程，不可配置。這樣的弊端是在量化位數有限的情況下，量化噪聲較大。盡管非均勻量化的情況由于引入了壓縮處理而優于均勻量化，但是也仍然存在上述問題。此外，在非均勻量化時，模數轉換端的壓縮處理和相應的數模轉換端的擴張處理雖然在一定程度上改善了小信號的量化噪聲，但是卻進一步向整個信號處理算法引入了壓擴處理誤差。因此，現有的量化技術效率不高。

為了解決上述技術問題，提出了本申請。本申請的實施例提供了一種用于模數和數模轉換的信號處理電路，其可以實現高效的量化過程。

根據本申請的一個方面，提供了一種用于模數轉換的信號處理電路，所述電路包括：比較器，用于比較采樣信號在每個采樣周期的信號幅度與至少一個閾值幅度，并且輸出比較結果；開關器件，與所述比較器電連接，用于從所述比較器接收所述比較結果，并且根據所述比較結果來從多個量程電壓之中選擇一個量程電壓作為輸出；以及量化器，與所述開關器件電連接，用于從所述開關器件接收所選擇的量程電壓，根據所選擇的量程電壓來對所述信號幅度進行量化，并且輸出量化電平。

在一個實施例中，所述開關器件在所述比較結果指示出所述信號幅度大于或等于第一閾值幅度時，輸出第一量程電壓；并且在所述比較結果指示出所述信號幅度小于所述第一閾值幅度時，輸出第二量程電壓，所述第一量程電壓大于所述第二量程電壓。

在一個實施例中，所述開關器件在所述比較結果指示出所述信號幅度大于或等于所述第一閾值幅度時，輸出所述第一量程電壓；在所述比較結果指示出所述信號幅度小于所述第一閾值幅度、但大于或等于第二閾值幅度時，輸出所述第二量程電壓；并且在所述比較結果指示出所述信號幅度小于所述第二閾值幅度時，輸出第三量程電壓，所述第二量程電壓大于所述第三量程電壓。

在一個實施例中，所述量化器采用所選擇的量程電壓作為參考電壓，根據預設的量化位數來獲得多個量化電平，并且使用所述多個量化電平之一來對所述信號幅度進行近似表示。

在一個實施例中，所述多個量化電平之中相鄰兩個量化電平之間的量化間隔滿足：

其中，Δ為量化間隔，Vr為參考電壓，N為量化位數。

在一個實施例中，所述電路還包括：采樣器，與所述比較器電連接，用于接收作為輸入的模擬信號，并且按照所述采樣周期來對所述模擬信號進行采樣，以生成所述采樣信號并輸出到所述比較器。

在一個實施例中，所述電路還包括：編碼器，與所述量化器電連接，用于從所述量化器接收所述量化電平，并且利用預設的量化位數來對所述量化電平進行數字編碼，以生成量化編碼部分。

在一個實施例中，所述編碼器還根據所選擇的量程電壓來生成模式編碼部分，并且組合所述模式編碼部分與所述量化編碼部分，以生成編碼信號作為輸出。