[發(fā)明專利]一種基于增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器

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• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN111900992A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王玉軍;胡俊超
• 申請（專利權(quán)）人: 成都泰格微波技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H03M3/02
• 分類號: H03M3/02
• 代理公司: 成都巾幗知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51260
• 代理人: 邢偉

本發(fā)明公開了一種基于增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括抗混疊濾波器、增量調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波模塊；所述抗混疊濾波器的輸入端接收待轉(zhuǎn)換的模擬信號，抗混疊濾波器的輸出端與增量調(diào)制器連接，所述增量調(diào)制器的輸出端通過數(shù)字抽取濾波模塊對外輸出得到的數(shù)字信號。本發(fā)明在設(shè)計(jì)增量調(diào)制器時(shí)，首先通過第一積分器對輸入信號進(jìn)行積分，使信號高頻分量幅度下降，減小信號的斜率，然后再進(jìn)行增量調(diào)制，進(jìn)而有效避免了信號斜率過載的問題；在設(shè)計(jì)數(shù)字抽取濾波模塊時(shí)，在高采樣率對數(shù)據(jù)進(jìn)行多次級聯(lián)累加操作，緊接著通過降采樣的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，再進(jìn)行多次級聯(lián)的差分操作，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波與抽取的有效結(jié)合，并且能夠保證數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換，特別是涉及一種基于增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

在包含Σ-Δ 調(diào)制器（也稱綜合增量調(diào)制器）的ADC（Σ-ΔADC）中，對于一個(gè)連續(xù)信號，如果采樣間隔很小，相鄰采樣點(diǎn)間的信號幅度不會(huì)變化太大，若將前后兩點(diǎn)的差值進(jìn)行量化同樣可以代替連續(xù)信號所含的信息。增量調(diào)制器中，量化器用來對兩次采樣點(diǎn)之間的差值進(jìn)行量化，并通過積分器則對量化的差值進(jìn)行求和，以形成最終采樣值。增量調(diào)制器的量化噪聲由兩部分構(gòu)成，即普通量化噪聲和過載量化噪聲。當(dāng)采樣間隔足夠小，信號幅度變化不超過量化臺階Δ時(shí)，量化噪聲為普通量化噪聲。而在一個(gè)采樣間隔內(nèi)，信號幅度變化超過量化臺階，也就是存在斜率過載時(shí)，積分器無法跟蹤信號的變化時(shí)，量化噪聲為過載噪聲，顯然，信號的斜率過載是影響增量調(diào)制器性能；

同時(shí)，對于增量調(diào)制器輸出的信號，Σ-Δ調(diào)制器對量化噪聲整形以后，將量化噪聲移到所關(guān)心的頻帶以外，整形的量化噪聲可采用數(shù)字濾波器濾除。在Σ-ΔADC中，常常將抽取與數(shù)字濾波結(jié)合在一起。這樣做可以提高計(jì)算效率。眾所周知，有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器簡單地對輸入采樣值進(jìn)行流動(dòng)加權(quán)平均計(jì)算(權(quán)值大小分別由濾波器的各個(gè)系數(shù)決定)。在通常情況下，每一個(gè)輸入采樣值應(yīng)對應(yīng)一個(gè)濾波器輸出。然而，如果希望對濾波器輸出進(jìn)行抽取，即用較低的頻率對濾波器輸出進(jìn)行重采樣，就沒有必要對每一次采樣輸入都進(jìn)行濾波輸出計(jì)算。在這種情況下，只需按抽取的速率進(jìn)行計(jì)算即可，這樣可以大大提高計(jì)算過程的效率。然而，如果使用無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器，由于其中含有反饋，因此不能將數(shù)字濾波與抽取結(jié)合在一起。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，能夠有效避免信號斜率過載對增量調(diào)制器的影響，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波與抽取的有效結(jié)合，并保證了數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括抗混疊濾波器、增量調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波模塊；

所述抗混疊濾波器的輸入端接收待轉(zhuǎn)換的模擬信號，抗混疊濾波器的輸出端與增量調(diào)制器連接，所述增量調(diào)制器的輸出端通過數(shù)字抽取濾波模塊對外輸出得到的數(shù)字信號。

其中，所述增量調(diào)制器包括第一積分器、差分放大器、量化器、第二積分器、微分器、第三積分器、1位的DAC；

所述第一積分器的輸入端接入抗混疊濾波器輸出的模擬信號，第一積分器的輸出端與所述差分放大器的同相輸入端連接，差分放大器的輸出端與量化器連接，所述量化器的輸出端分別與第二積分器和第三積分器連接，所述第三積分器的輸出端通過1位的DAC連接到所述差分放大器的反相輸入端，所述第二積分器的輸出端與微分器連接，由所述微分器對外輸出信號，并傳輸給數(shù)字抽取濾波模塊。

其中，所述數(shù)字抽取濾波模塊包括降采樣器、累加濾波模塊和差分濾波模塊；

所述累加濾波模塊包括多個(gè)級聯(lián)的累加濾波單元；每一個(gè)累加濾波單元均包括加法器和第一低通濾波器；

每一個(gè)累加濾波單元中，加法器的第一輸入端與連接到該累加濾波單元的信號輸入端口，加法器的輸出端與第一低通濾波器連接，第一低通濾波器的輸出端與該累加濾波單元的信號輸出端口連接，所述第一低通濾波器的輸出端還與加法器的第二輸出端連接；