[發明專利]一種調制器系統的優化設計方法

在審

• 申請號: 202110733998.6
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113541693A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 苗晴;凌永權
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 蔡永波

本發明實施例提供一種調制器系統的優化設計方法，包括：設計SDM系統構架，所述SDM系統構架包括MIMO環路濾波器、量化器以及MISO重建濾波器；根據時域離散輸入信號、量化器的反饋信號構建所述MIMO環路濾波器的非凸無限約束優化模型；對所述MIMO環路濾波器的非凸約束優化模型進行求解，得到近似全局最優解；根據MISO重建濾波器接收的量化信號和對接收信號進行濾波的過程構建MISO重建濾波器的非凸無限約束優化模型；求出MISO重建濾波器的非凸無限約束優化模型的近似全局最優解。所設計的SDM系統具有高信噪比性能。

技術領域

本發明涉及調制器系統涉及領域，具體涉及一種調制器系統的優化設計方法。

背景技術

隨著集成電路設計進入系統芯片時代，Sigma Delta調制器(Σ-Δ調制器，SigmaDelta Modulator,SDM)廣泛應用于過采樣A/D轉換和D/A轉換，已成為數據轉換芯片的主導技術和發展方向，由于具有高性能的優點而成為近年研究的熱點。世界著名學者美國加州大學伯克利分校Paul R.Gary教授指出，SDM是當今數據轉換技術的主流發展方向。在當今大數據時代，隨著無線通訊、高保真的數字視頻和音頻、醫療植入電子設備、便攜式可穿戴設備等朝著超高處理速度、高精度以及低電壓低功耗方向的發展，以SDM為代表的數據轉換技術已在數字通信、音頻以及生物醫療等眾多領域得到了廣泛的應用，從事模數轉換器的企業如雨后春筍般在各地呈現。近年來，SDM的研究在每年的集成電路、信號處理等國際大會上都有專題討論。著名學者印度理工學院“IEEE Fellow”Shanthi Pavan教授在2019年的IEEE國際集成電路技術與應用學術會議做了專題報告，指出了SDM廣泛的應用前景。2019年的IEEE信號、信息及數據處理國際會議也有SDM的專題討論。

SDM在實際工程中廣泛應用的同時，關于它的理論研究也得到了學者們的重視。一般的SDM系統架構由環路濾波器、量化器等組成。SDM是用遠高于Nyquist頻率的采樣頻率進行采樣，然后進行量化得到反饋型非線性調制器。這種架構模型簡單、適用，且可通過提高過采樣率、增加調制器的階數以及增加量化器的位數來實現SDM的高性能。提高過采樣率會使信號帶內的噪聲功率減小，但是會限制SDM在高頻領域的應用且在工藝上較難實現；增加調制器的階數可以帶來高信噪比的效果，但同時也會帶來穩定性的問題；雖然在穩定性方面提出了由若干低階SDM組成級聯式，但是這種結構對電路中模擬器件的參數十分敏感，而參數的偏差將會使調制器的性能下降；增加量化器的位數可以提高信噪比和穩定性，但會帶來額外的非線性誤差，同時在實際應用中會增加電路的復雜性和系統功耗。

此外，在一般的SDM系統架構中，SDM系統中的環路濾波器屬于單輸入單輸出(Single-Input Single-Output,SISO)類型，為了使SDM的信號傳遞函數(STF)和噪聲傳遞函數(NTF)均具有良好的頻率選擇性能，通帶中環路濾波器的增益需非常大，但此時環路濾波器可能沒有穩定的邊界輸入邊界輸出，較難保證SDM的整體穩定性。即使SDM系統是局部穩定的，輸入信號的動態范圍和狀態向量的允許集也會很小，從而會限制SDM在許多工程應用中的使用。

隨著時代的飛速發展，SDM的應用已在多方面的工程實踐中得到體現。針對植入式生物醫療裝置對音頻Sigma Delta ADC低壓、低功耗及微型化的設計要求，相應的SDM的設計流程被提了出來，給出了符合要求的電路設計指標；低功耗、高分辨率的帶通Sigma-delta ADC得以實現并將SDM應用于微機械加速度計；基于糾正Sigma Delta DAC中由于元件失配引起的非線性而提出了一種離線校準程序，并應用于工廠校準；一種BER性能好的用于OFDM-UWB系統的多位離散時間SDM被設計出來；SDM被應用到數字發射機上，提高了數字信號系統的處理速度；一種基于相位切換和負反饋SDM的分數分頻器被提出，并應用到多模式多標準通信系統中。從應用層面上，近幾年SDM在生物醫療、集成電路、通信系統等領域得到了廣泛的應用，體現了應用價值。