專利名稱：具有音頻的應用的低噪聲數(shù)字到脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換。特別地，其應用于將脈沖編碼調(diào)制的信號、例如用于CD和DVD中的信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的信號或模擬信號。
技術背景許多流媒體格式產(chǎn)生多位數(shù)據(jù)流。例如音頻CD典型地將音樂編碼為16 位或24位脈沖編碼調(diào)制的信號。MP3文件也可以被解碼成脈沖編碼調(diào)制的信—，音頻保真度部分地依賴于所用的數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器的信噪比(singal to noise ratio, SNR )。轉(zhuǎn)換器可以是CD播放機的一部分，位于聲卡上或包括在數(shù) 字驅(qū)動的功率揚聲器中。制造商的竟爭基于其設備所獲得的SNR。例如，Creative Labs目前(2005年9月)宣布了 Audigy Pro 4聲卡，其在某些模式下獲得113 分貝的SNR。相應地，對新的數(shù)字設計機會來臨，特別是獲得強信噪比的數(shù)字設計。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術問題是，提出一種模數(shù)轉(zhuǎn)換。特別地，其應用于將脈 沖編碼調(diào)制的信號，例如用于CD和DVD的信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的信號或音頻 輸出。本發(fā)明的特別方面在權利要求、說明書和附圖中描述。


圖1示出了解碼和放大信號的方法，圖2示出了接收寬位信號的處理系統(tǒng)的框圖，圖3至圖6涉及使用兩個PWM調(diào)制器來產(chǎn)生一個輸出信號，其中， 圖3示出將兩個PWM調(diào)制器及兩個西格馬-德耳塔(i:A)調(diào)制器配對， 圖4示出兩個和兩個脈寬調(diào)制器(PWM)的時鐘控制，圖5示出成對的SA調(diào)制器和PWM調(diào)制器的時序，
圖6示出將兩個PWM調(diào)制器連接到 一個SA調(diào)制器以產(chǎn)生一個組合輸出，
圖7示出32PWM調(diào)制器對于32個周期的信號間隔的時序，
圖8示出所謂的邊波(edge wave)實施例，
圖9示出所謂的位重流(bit restreaming )實施例，
圖IO示出包括重流單元的硬件的高級框圖，
圖11示出重流單元的框圖，
圖12示出P12和P13時序信號，
圖13示出位重流的輸出，
圖14示出邏輯環(huán)實施例的高級框圖。
具體實施例方式
以下參考附圖進行詳細描述。為了說明本發(fā)明對優(yōu)選實施例進行描述，而 不限于由權利要求定義的范圍。本領域的普通技術人員可以基于以下的描述想 到不同的等價變形。
音頻源例如CD、 DVD和解碼的文件格式(MP3、 AAC等)典型地產(chǎn)生將 音頻流表示為一系列波形樣本的脈沖編碼調(diào)制的信號。例如，標準CD以 44.1kHz的取樣率編碼音樂，對每個樣本有一個16位整數(shù)值。
閉環(huán)數(shù)字濾波實施例
在通過引用而結合的在先申請中，提供了在此部分地重復的背景技術。圖 1示出了解碼和放大信號的方法。由信號處理器100接收多位數(shù)字信號(有時 也稱寬位，用于每樣本16位或更多位，如24或32位)105,該信號處理器以 較低的精度對輸入進行過采樣，并根據(jù)尼奎斯特(Nyquist)定理以足夠高的頻 率取樣以避免數(shù)據(jù)丟失。SA調(diào)制器是過采樣信號處理器的一個例子。SA可以 產(chǎn)生一位或多位的輸出。2A時鐘速率和輸出位的數(shù)目的乘積總是大于或等于輸 入時鐘速率和輸入位的數(shù)目的乘積。信號處理器還可以將數(shù)據(jù)格式從過采樣的、 位脈沖編碼的(PCM)信號進一步轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的(PWM)信號。脈寬調(diào)制 的信號的一個信號間隔可以代表32或64個值，與被代表的值成比例地在時間 上劃分該信號間隔。例如，信號可以是23部分為高而9部分為低。PWM信號 與SA調(diào)制器相比具有降低的在高和低之間轉(zhuǎn)換的數(shù)量的期望的特征(與SA調(diào) 制器的輸出從高到低振蕩時進行的多次轉(zhuǎn)換相比，為每個信號間隔轉(zhuǎn)換一次)。實際上，PWM信號的上升(或下降)沿的頻率基本上是固定的(假設讀者理 解當輸入信號是正的或負的峰值時，某些編碼可能產(chǎn)生飽和的PWM信號)。上 升沿的固定頻率是期望的。
PWM信號105適合于由Class D數(shù)字功率放大器進行的處理，例如二元功 率放大器110。由PWM編碼SA調(diào)制器的輸出而降低上升沿的頻率適應于Class D放大器的最大切換速率。放大的PWM信號是輸出105。 一個或多個解調(diào)濾 波器120直接地或作為下一級音頻放大器、均衡器或其它模擬組件的輸入地將 放大的PWM信號例如轉(zhuǎn)換為驅(qū)動揚聲器或耳機的模擬音頻信號。
圖2是處理系統(tǒng)的框圖，該處理系統(tǒng)接收寬位信號、例如16位或24位信 號并產(chǎn)生PWM輸出，該PWM輸出可凈皮合適地濾波以產(chǎn)生音頻輸出。實現(xiàn)具 有這些能力的電路的Verilog碼可以從通過引入而結合的在先申請的圖7A至7D 中找到。該實施例使用帶數(shù)字濾波器240的反饋回路，該數(shù)字濾波器同步地對 脈寬調(diào)制的信號取樣并將其轉(zhuǎn)換回可以與寬位輸入(當前的或延遲的)的版本 進行組合以產(chǎn)生誤差校正信號的格式。數(shù)字輸入信號105可以是例如以44.1kHz 取樣的16位脈沖編碼調(diào)制的信號。圖2示出的數(shù)字濾波器240可以幫助校正由 編碼器階段230產(chǎn)生的失真(并且，更具體地說，由從過采樣濾波器232轉(zhuǎn)換 到脈寬調(diào)制器234所產(chǎn)生的失真)。該實施例的數(shù)字濾波器240對脈寬調(diào)制信號 235的每個子間隔同步地取樣，并采用低通濾波器來平滑脈寬調(diào)制的數(shù)字信號 235的數(shù)據(jù)流。
濾波階段220可以是單個數(shù)字積分器(如帶原始極的單極濾波器)。在該 配置下，濾波階段220接收并累加在數(shù)字輸入信號205和濾波的信號236之間 的任何可能的差。最后，這樣的濾波階段220幫助將該差校正到精確的零或近 似為零(即，將誤差校正到零)。這樣，在一個實施例中，濾波階段的傳輸函數(shù) 可以是積分器H(s)4/s。濾波器輸出信號225被發(fā)送到編碼器階段230。濾波階 段220可以是一階、二階或更高階的元件。
替代地，濾波器階段220可以是將誤差校正信號與數(shù)字輸入信號205的一 個版本相組合的任何輸入濾波器。代替原始極，可以用有限極來設計濾波器， 以將校正信號與輸入信號的 一個版本進行組合。
編碼器階段230將濾波器輸出信號225調(diào)制為脈寬調(diào)制的信號235。圖2 示出的實施例的編碼器階段230包括過采樣濾波器232和脈寬調(diào)制器234。這 樣的實施例的過采樣濾波器232例如可以是一階西格馬-德耳塔型調(diào)制器。過采樣濾波器232可以將44.1kHz的16位濾波器輸出信號225調(diào)制為1.411mHz(即 32*44.1kHz，也稱為"32x"過采樣)的4位過采樣的信號227。在其它實施例中， 過采樣濾波器232可以將寬位信號(例如12至24位)調(diào)制為只有幾位(如2 至6位)或一位的信號。這樣的實施例中的過采樣濾波器232例如可以在互補 金屬氧化物半導體(CMOS)過程中實現(xiàn)。
一個實施例的西格馬-德耳塔調(diào)制器232可以表示在小數(shù)量位上的每個樣 本的振幅，而脈寬調(diào)制器234可以表示在短時間上每個周期的振幅。西格馬-德耳塔調(diào)制器232可以通過在精確的時間產(chǎn)生4位而以一定的噪聲特性非常精 確表示信號。然而，來自于運行在西格馬-德耳塔調(diào)制器的中間階段的脈寬調(diào)制 器的未增大的輸出信號可能是不能令人滿意的或不期望的，因為輸出信號可能 包含顯著的失真。這樣的失真被認為是，至少部分地是由于脈寬調(diào)制器不能在 精確的時間處理來自西格馬-德耳塔調(diào)制器的樣本所造成的。
數(shù)學上，對于在一實施例中從西格馬-德耳塔調(diào)制器232輸出的位來說，有
制器234可以是精確的，還是不能維持由SA調(diào)制器給出的精確時序。例如， 如果脈寬調(diào)制器234的輸出對于周期的第一個四分之一是高的，表示信號電平 為1/4。但是如果脈寬調(diào)制器234的輸出對于周期的最后一個四分之一是高的， 信號電平也表示為1/4。盡管脈沖調(diào)制器234的這兩種情況都表示相同的信號電 平(即信號值的1/4),但它們是在不同的時間。脈寬調(diào)制器234的這種不能在 精確時間處理西格馬-德耳塔樣本被認為，至少部分是導致由某些西格馬-德耳 塔到脈寬調(diào)制器編碼過程引入的失真的原因。
圖2所示實施例的脈寬調(diào)制器234將過采樣的信號227 (如，4位信號) 從脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換到相對小范圍的時間值、如脈寬調(diào)制的數(shù)字信 號235。例如，如果要用4位數(shù)據(jù)的流來控制脈寬調(diào)制器234,使4位樣本表示 值"5",則脈寬調(diào)制器234的輸出對于其周期的5/16為高狀態(tài)。 一般地，如果4 位數(shù)據(jù)被用來編碼值"N",則脈寬調(diào)制器234的輸出對其周期的N/16為高狀態(tài)。 在這樣的實施例中，脈寬調(diào)制器234可以16倍于4位過采樣信號227的速率的 時鐘速率運行。對脈寬調(diào)制器234來說該時鐘速率是過采樣濾波器232的速率 的M倍(此處M=16，并且是過采樣信號227中的級數(shù))。在至少一個實施例 中，這樣的時鐘速率使得可以產(chǎn)生適當?shù)目勺兠}寬輸出信號。
在圖2中描述的信號處理電路200也包括反饋路徑。如圖2中所示，脈寬調(diào)制的數(shù)字信號235在與數(shù)字輸入信號205在差分點210組合(此處是從輸入 信號205中減去)之前被饋入到數(shù)字濾波器240中。用這種方式，饋入濾波器 階段220的誤差信號是數(shù)字輸入信號205和被濾波的信號236之間的差值。圖 2所示實施例的數(shù)字濾波器240以脈寬調(diào)制器234的時鐘速率運行，并因此能 夠以與在該輸出時的可能的量化相同的速率來采樣脈寬調(diào)制的輸出信號235。
例如，如果一個實施例的脈寬調(diào)制器234以16MHz的時鐘速率運行，其 能夠在16個時鐘周期上處理4位的量。為了這樣做，期望以lMHz的時鐘速率 為脈寬調(diào)制器234提供4位的量，并且然后在下一個16個時鐘周期上(也就是， 在脈寬調(diào)制器234處理下一個樣本之前在下一微秒上)，脈寬調(diào)制器234產(chǎn)生脈 寬調(diào)制的數(shù)字信號235。如果數(shù)字濾波器240以與脈寬調(diào)制的量化在被接收時 的速率(在本例中，為16MHz)相同的速率運行，則數(shù)字濾波器240能同步地 對出現(xiàn)在脈寬調(diào)制的數(shù)字信號235中的每項數(shù)學信息進行采樣。特別地，數(shù)字 濾波器240將接收在脈寬調(diào)制的數(shù)字信號235的時間上的每個可能位置的樣本， 因此使得數(shù)字濾波器240可以沒有誤差地測量脈寬調(diào)制的數(shù)字信號235。盡管 數(shù)字濾波器240不能鑒別快于其時鐘速率發(fā)生的事情，但是不會丟失信息，因 為脈寬調(diào)制器234的改變也不能夠快于該相同的時鐘速率。這樣，數(shù)字濾波器 240能夠捕獲脈寬調(diào)制的數(shù)字信號235的每一位。
實施例的數(shù)字濾波器240也可以將輸出信號235再合成為輸出信號235的 寬位(如16位)表示以產(chǎn)生經(jīng)濾波的信號236,其是位寬和時鐘速率與數(shù)字輸 入信號205相同的脈沖編碼調(diào)制的信號。經(jīng)濾波的信號236然后可以從數(shù)字輸 入信號205中減去以形成誤差信號。在一實施例中，數(shù)字濾波器240用數(shù)字濾 波設計以將輸出信號235再合成以形成寬位經(jīng)濾波的信號236。數(shù)字濾波器240 可以是積分器或遞歸平均器例如簡單的IIR單極濾波器(如，y(n)= y(n-l)+a(x(n)-y(n-l)),在此"a"是比例因數(shù)例如為1/(2A9))。
盡管圖2所示實施例包括閉環(huán)反饋路徑，但應理解的是，也可以使用例如 前饋3各徑或其它開環(huán)電路的等同實施例來實施。
圖2所示實施例的閉環(huán)響應是這樣的，來自編碼器階段23 0的失真被抑制， 并且可以實現(xiàn)若干有利的性能特征。例如，所描述的實施例可以展現(xiàn)在音頻帶 直至-ldb的調(diào)制深度。
該實施例可以在脈寬調(diào)制過程中抑制誤差，從而使THD對某些音頻設備 應用降低至大約90至100db。圖2所示實施例還能抑制來自過采樣濾波器232的噪聲。特別是在濾波器階段220是積分器、過采樣濾波器232是一階西格馬-德耳塔調(diào)制器并且數(shù)字濾波器240是一階濾波器的實施例中，由西格馬-德耳塔 調(diào)制器232引入的開環(huán)噪聲可以被整形為 一 階(即，噪聲以每十倍頻(per decade ) 降低20db)。然而，這樣的實施例的閉環(huán)響應可以將該噪聲再抑制兩階(即， 一階來自濾波器階段220元件以及一階來自數(shù)字濾波器240元件)。這樣，這樣 的實施例可以將來自過采樣濾波器232的噪聲抑制到第三階或更高(即，噪聲 以每十倍頻降低60db或更多)。 多PWM實施例
使用SA調(diào)制器的閉環(huán)系統(tǒng)，特別是高階系統(tǒng)，具有不穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)性問 題。發(fā)明人在他們考慮如圖3至5描述的用超過一個PWM調(diào)制器234之前的 一段時間內(nèi)曾工作于上述系統(tǒng)。通過研究和仿真，他們確定，具有32個(或 64個)時鐘周期的間隔的PWM信號可以受益于一組以時序偏置運行的32 (或 64)個PWM調(diào)制器。圖7示出了 32個PWM調(diào)制器對于32個周期的信號間 隔的時序。X軸刻度555表示時鐘周期?？紤]間隔452為第一PWM調(diào)制器的 信號間隔。八個信號間隔701錯開在八個接續(xù)的時鐘周期中開始，每個間隔持 續(xù)32個時鐘周期。四組八個信號間隔701、 702、 703、 704表示由32個PWM 調(diào)制器產(chǎn)生的32個信號間隔。例如，間隔453表示第十七個PWM調(diào)制器的信 號間隔。從解釋剛好兩個PWM調(diào)制器并列工作的圖中可以獲得更多的細節(jié)。
圖3至6涉及用兩個PWM調(diào)制器來產(chǎn)生輸出信號。圖3將兩個PWM調(diào) 制器234a、 234b與兩個SA調(diào)制器232a、 232b配對。圖6將兩個PWM調(diào)制器 234a、 234b與一個SA調(diào)制器232連接并產(chǎn)生一個組合的輸出。圖4解釋兩個 SA調(diào)制器和兩個PWM調(diào)制器的時鐘控制。圖5描述時序。
圖3的大多數(shù)元件沿用圖2的附圖標記。與圖2不同的是雙SA調(diào)制器和 PWM調(diào)制器，加上兩個在信號到達濾波器240之前耦合于累加元件341的反 饋路徑。還示出一位的D/A轉(zhuǎn)換器336a、 336b,將它們結合以產(chǎn)生組合的輸出 信號337。這些D/A轉(zhuǎn)換器可以是簡單的電阻器、RC電.路或其它配置。來自一 對電阻器的輸出可以被組合成 一 個能被電容地平滑的輸出信號。
脈寬調(diào)制器234的脈寬調(diào)制的輸出235如圖2所示由累加元件341組合并 被濾波。
圖4描述SA調(diào)制器和脈寬調(diào)制器的時鐘控制。第一時鐘451驅(qū)動SA調(diào)制 器232a、 232b的采樣。脈寬調(diào)制器產(chǎn)生由分離的時鐘452、 453驅(qū)動的信號間隔。圖5描述來自脈寬調(diào)制器對的輸出的時序關系?？潭?55對應于SA調(diào)制 器的時鐘451。脈寬調(diào)制器在運行中互相偏移，如前面在圖7中描述的。在該 圖中，脈寬調(diào)制器產(chǎn)生32個周期長的信號間隔452、 453。該圖解釋了由第一 脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的第 一 信號間隔，該第 一 信號間隔與第二信號間隔偏移16個時 鐘周期。
可替換地，圖6描述了從單個:EA調(diào)制器232的輸出驅(qū)動一對脈寬調(diào)制器。 在其它方面，圖6與圖3—致，除了僅提供一個SA調(diào)制器232外。
圖3和圖6描述了僅兩個脈寬調(diào)制器，它們提示如何組合32個或64個脈 寬調(diào)制器以產(chǎn)生模擬輸出。在這樣的配置中，累加單元341可以具有32個或 64個一位輸入。
邊波實施例
圖8描述了所謂的邊波實施例。該方法圖解為在SA調(diào)制器232的一位輸 出827上的運行。該方法可被修改為運行于多位信號827上。在實施例834中， 一系列位被接收并重新排序，從而使信號高位在排序后的串的開始、結束或中 間。該重新排序正確地反映了在特定間隔中高位的數(shù)量，但是不精確表示它們 的時序。因此，使用如在前面描述和解釋的數(shù)字濾波的反饋環(huán)路電路。
在可替換的實施例835中，位序列可替換地被重新排序，以高位在前并且 然后高位在后，或反之。該圖解釋兩個輸入序列，每個輸入序列包括五個1。 輸出序列包括五個l、三個0、三個0和五個1。該兩階段重新排序保持了上升 沿的期望的固定頻率并將上升沿的數(shù)量降低因數(shù)2 。
位重流實施例
圖9示出所謂的位重流(restreaming )實施例。該方法^皮圖解為在XA調(diào)制 器232的一位輸出827上的運行。該方法還可以被修改為運行于多位信號827 上。在一個實施例中，產(chǎn)生具有占位符(placeholder)的基本信號，其具有模 式0xl 0yl 0xl 0yl或1x0 ly0 1x0 ly0。,人SA調(diào)制器4矣^]欠的^立x y x y #皮才吞入到 基本信號的占位符中。作為結果的信號具有邊的固定頻率。因為它可能引入時 序失真，所有應用數(shù)字反饋濾波器。
另一實施例935采用降低上升沿頻率的不同的基本信號模式。該模式一般 地為0xl ly0 0xl ly0的形式并在從調(diào)制器接收的位x y x y上運行。
在圖10至13中提供了另外的細節(jié)。在圖IO中，主要元件在圖中是偏差 源1030，三個才莫擬積分器1040、 1050、 1060，差分元件1010，加權累加元件1070和重流元件1020。差分元件IOIO接收輸入信號1013并將其/人一對由重流 單元1020提供的信號1021、 1023中減去。這些信號中的一個是另一個的逆。 差分元件將信號1021轉(zhuǎn)換為電流并將其加到輸入信號上或從輸入信號減去。差 分元件1010的輸出1012、 1014是饋入模擬積分器鏈的差分信號。在差分單元 1020和偏差源1030之間剩下的連接1016是偏差。與每個模擬積分器(如1040) 關聯(lián)的是一對抽頭(1041, 1042)和一對輸出(1043, 1.044)。來自差分單元和 每個模擬積分器的輸出耦合到加權累加元件1070。對不同的連接可以應用不同 的斗又重。例如，應用于1041、 1042的4又重和應用于1051、 1052的4又重可以分 別是20單位；應用于1061、 1062的權重可以是50單位，而應用于1071、 1072 的權重可以是100單位。加權累加元件1070的輸出1022、 1024是重流元件1020 的輸入。重流元件運行以接收環(huán)路電路反饋信號并驅(qū)動誤差校正信號1021、 1023。重流元件可以是D型或其它靜化(staticizing)元件，如時鐘量化器。重 流單元使用兩個為方便起見稱為P12和P23的時鐘信號1026、 1028。
圖12解釋P12和P23時鐘信號。信號P12 ( 1026, 1202)對于三個時間間 隔中的前兩個是高電平。信號P23 ( 1028， 1201)對于第二和第三時間間隔是 高電平。盡管不是直接與重流單元的運行相關，我們注意到信號是"不都為低"， 這樣，盡管信號上升沿和下降沿的表現(xiàn)不完美，還是能保證信號對絕不會都為 低。這在圖12中由參考線1203示出。實際上，硬件首先使輸出由低變高，然 后使輸出由高變低。
在圖11中示出重流單元的細節(jié)。主要元件是差分轉(zhuǎn)換器1110、鎖存器1120 和眾多的分立邏輯元件1141、 1151、 1161、 1142、 1152、 1162、 1143和1144。 在圖10中標記的輸入信號1022、 1024、 1026、 1028和輸出信號1021、 1023 繼續(xù)用在該圖中。未標記的邏輯元件1151、 1152的輸入都是時鐘信號P23(1028)。 鎖存器1120接收差分輸入信號和差分時鐘信號并驅(qū)動差分輸出。顯然冗余的反 相器阻止到鎖存狀態(tài)的回程。如果差分時鐘信號1112為高并且其逆1114為低， 則輸出狀態(tài)1021是固定的或截止的。在相反的情況下，即時鐘信號1112為低 而其逆為高，則輸出狀態(tài)1021跟隨輸出狀態(tài)1022。對該電路的分析顯示該塊 的輸出1021跟隨在圖13中示出的模式?；拘盘?301由過采樣器1302的輸 出填充，導致波形1303。
邏輯環(huán)實施例
圖14是邏輯環(huán)實施例的高級框圖。多位輸入信號827分布1402到一系列由圓圈表示的組合邏輯塊1403。(可替換地，在t和t-l時刻之間的輸入信號差 值可以:坡計算并分配)。方塊1404是對應于圓形排列的元件組的D型邏輯塊。 單輸出實施例是在同時提交的申請文件中描述的多輸出配置的變形。單輸
出沿著輪輻1405被傳輸?shù)捷嗇S1406。當高位和低位旋轉(zhuǎn)經(jīng)過單輸出輪輻時， 該單輸出產(chǎn)生類似PWM信號的波形。當傳輸經(jīng)過時，單輸出僅根據(jù)在串的頭 和尾的轉(zhuǎn)移有效地判斷串的長度。如果當輸出是在串的中間或串的中間的相反 位置時串的長度改變，則可以再改變長度，甚至重復，而不使采樣輪輻的輸出 注意到該改變。
組合邏輯塊1403在D型1404之間旋轉(zhuǎn)串并適當?shù)乜s短或加長串。由輸入 信號1401或者在每個塊1403中或者一般地對于到所有塊的分布1402來計算串 長度的差值。為了處理旋轉(zhuǎn)，邏輯塊可以簡單地將當前D型值沿順時針方向旋 轉(zhuǎn)一個位置。為了在尾部加l來加長串，邏輯塊通過查找在順時針方向的下一 個位置上設置(set)的位以及在逆時針方向的下一個位置上的未設置(unset) 的位來檢測尾部。該邏輯塊在位串旋轉(zhuǎn)時或者在逆時針方向的位置上置位D型 或禁止從逆時針方向位置到順時針方向的位置的未設置的位的旋轉(zhuǎn)。
因為該通常的方法和裝置會引入失真，因此通過數(shù)字濾波器240來處理單 輸出235以產(chǎn)生如在前面的實施例中處理的誤差校正信號。
前々貴實施例
上述反饋實施例可以通過使用對數(shù)字設計者公知的設計而使之適用于前 饋預校正。 一種改編是加倍包括第一和第二階段中的過采樣和PWM編碼以及 在第 一階段末尾計算誤差校正信號的處理部分。該誤差校正被應用到緩存的前 饋的輸入信號的副本，繞過第一階段。第二階段處理校正的輸入信號并輸出結 果。
圖15示出圖2中的元件被重新排序為一般的前饋配置。圖2和圖15共有 的元件保持在圖2中的附圖標記。初始積分器220由緩沖器1520代替，以及累 加元件1510與重新定位的差分元件210組合以計算誤差校正項1505并應用它。 緩沖器將對輸入信號的一個版本的處理與預校正信號1505的計算相匹配。經(jīng)校 正的信號1505前向饋入到第二處理塊1530，該^^莫塊可以包括至少一個產(chǎn)生至 少一個由PWM調(diào)制器1534接收的過采樣信號1527的SA調(diào)制器1532。輸出 信號1535由預校正輸入1505產(chǎn)生。
一些特殊的實施例例也可以制造的產(chǎn)品的形式，如印有校正由將過采樣的脈沖編碼調(diào)制的信號轉(zhuǎn) 換為脈寬調(diào)制的信號所造成的失真的邏輯電路的媒介?；蛘撸圃斓漠a(chǎn)品可以 是印有構建執(zhí)行所描述的方法或這些方法的任何方面的集成電路的邏輯電路的 媒介。
一個實施例是校正由轉(zhuǎn)換過采樣的脈沖編碼調(diào)制的信號造成的失真的環(huán) 路電路。該環(huán)路電路運行于寬位信號，并且包括接收寬位信號的差分元件和連 接于該差分元件的輸入濾波器。它還包括至少一個過采樣器，如連接于該輸入 濾波器、產(chǎn)生至少 一 個具有比寬位信號低的精度和高的頻率的過采樣信號的SA 調(diào)制器。多個脈寬調(diào)制器連接于該過釆樣器，這些脈寬調(diào)制器的運行在時間上 相偏移。多個輸出與脈寬調(diào)制器以及至少一個數(shù)字濾波器相連。數(shù)字反饋濾波 器產(chǎn)生至少部分地補償由脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的失真的校正信號，并使校正信號匹 配寬位輸入信號的精度和頻率。所形成的校正信號被反饋到差分元件。
按照該實施例的 一個方面，輸入濾波器是組合寬位輸入信號的實例和差分 元件的輸出的實例的積分器，該差分元件的輸出來自寬位輸入信號的另 一個實 例和所形成的校正信號的實例。
按照該實施例的另 一個方面，脈寬調(diào)制器具有每脈寬間隔M個值的精度， 并且至少M個脈寬調(diào)制器連接于過采樣器。M個脈寬調(diào)制器以時間偏移運行， 從而使由它們產(chǎn)生的脈寬間隔開始于M個不同的時間。
可以使用反饋或前饋。另 一個實施例是校正由將過采樣的脈沖編碼調(diào)制的 信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的信號所造成的失真的環(huán)路電路。它運行于寬位輸入信號 并包括連接于寬位輸入信號的輸入緩沖器和連接于輸入信號的、產(chǎn)生具有比寬 位信號低的精度和高的頻率的過采樣信號的過采樣器。多個脈寬調(diào)制器連接于 過采樣器。這些脈寬調(diào)制器的運行在時間上相偏移。至少一個數(shù)字前饋濾波器 連接于脈寬調(diào)制器。數(shù)字前饋濾波器產(chǎn)生至少部分地補償由脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的 失真的校正信號，并使校正信號匹配寬位輸入信號的精度和頻率。它將形成的 校正信號向前饋入也連接于輸入緩沖器的差分元件。
按照該實施例的一個方面，環(huán)路電路還包括包含第二過采樣器的第二處理 塊，該第二過采樣器連接于差分元件和一個或多個第二脈寬調(diào)制器。按照另一 方面，環(huán)路電路還包括包含第二過采樣器的第二處理塊，該第二過采樣器連接 于差分元件和多個第二脈寬調(diào)制器。這些第二脈寬調(diào)制器的運行在時間上相偏移。
另 一個實施例是減少將過采樣的、寬位脈沖編碼調(diào)制的信號轉(zhuǎn)換為表示每 信號間隔M個值的脈寬調(diào)制信號時導致的失真的方法。該方法包括分配一個或 多個過采樣信號到多個脈寬調(diào)制器，這些脈寬調(diào)制器的運行在時間上相偏移并 且被分配到信號間隔的部分上，脈寬調(diào)制器引入失真。該方法還包括對來自脈 寬調(diào)制器的脈寬調(diào)制的信號進行數(shù)字濾波。該濾波產(chǎn)生至少部分地補償由脈寬 調(diào)制器產(chǎn)生的失真的校正信號并使校正信號與寬位輸入信號的精度和頻率相匹 配。該方法還包括組合校正信號和寬位輸入信號的版本以產(chǎn)生被校正的信號， 以及包括通過過采樣和脈寬調(diào)制元件處理被校正的信號以產(chǎn)生被補償?shù)拿}寬調(diào) 制信號。
根據(jù)該實施例的一個方面，至少使用M個脈寬調(diào)制器。 另一個實施例是減少將過采樣的、寬位脈沖編碼調(diào)制的信號轉(zhuǎn)換為表示每 信號間隔M個值的脈寬調(diào)制信號時導致的失真的方法。該方法包括分配一個或 多個過采樣的信號到至少M個脈寬調(diào)制器，這些脈寬調(diào)制器的運行在時間上相 偏移并且被分配到信號間隔的M個部分上。脈寬調(diào)制器引入失真。該方法還包 括將來自脈寬調(diào)制器的脈寬調(diào)制的信號數(shù)字地濾波。該濾波包括產(chǎn)生至少部分 地補償由脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的失真的校正信號并使校正信號匹配寬位輸入信號的 精度和頻率。該方法還包括組合校正信號和寬位輸入信號的一個版本以產(chǎn)生被 校正的信號，以及包括通過過采樣和脈寬調(diào)制處理被校正的信號以產(chǎn)生被補償 的脈寬調(diào)制的信號。
按照該實施例的 一個方面，校正信號和寬位輸入信號的版本的組合包括將 校正信號和寬位輸入信號的一個版本累加以產(chǎn)生誤差補償信號，并將該誤差補 償信號和寬位輸入信號的延遲版本積分以產(chǎn)生被校正的信號。
該實施例的另一方面包括由通過過采樣和用來從至少M個脈寬調(diào)制器產(chǎn) 生脈寬調(diào)制的信號的脈寬調(diào)制器元件的反饋來處理被校正的信號。
調(diào)制的信號所造成的失真的環(huán)路電路。該環(huán)路電路運行于寬位輸入信號。它包 括接收寬位輸入信號的差分元件和連接于該差分元件的輸入濾波器。它還包括 連接于該輸入濾波器的、產(chǎn)生具有比寬位信號更低的精度和高的頻率的過采樣 信號的過采樣器。它包括至少M個連接于該過采樣器的脈寬調(diào)制器，這些脈寬 調(diào)制器具有每脈寬間隔M的精度，并且以時間偏移運行，使M個脈寬產(chǎn)生器的脈寬間隔開始于M個不同的時間。它還包括與脈寬調(diào)制器相連的多個輸出， 以及連接于脈寬調(diào)制器的數(shù)字反饋濾波器。該數(shù)字反饋濾波器產(chǎn)生至少部分地 補償由脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的失真的校正信號，并使該校正信號與寬位輸入信號的 精度和頻率相匹配，并將所形成的校正信號反饋到差分元件。
另 一個實施例是將多位數(shù)字輸入信號轉(zhuǎn)換為具有固定上升沿頻率的數(shù)字 信號的方法。該方法包括將寬位輸入信號過采樣為一位樣本，以及包括處理數(shù) 量為S的過采樣樣本，該數(shù)量S對應于輸出信號精度。該方法還包括確定在S 在樣本中高和低信號值的比例，以及包括輸出具有在其兩端之間在高和低信號 值之間的一次轉(zhuǎn)移的信號間隔，高和低信號值的間隔的比例對應于所確定的S 個樣本中高和低信號值的比例。
該實施例的 一個方面還包括對信號間隔流進行數(shù)字濾波，該數(shù)字濾波器產(chǎn)
生至少部分補償由將s個樣本轉(zhuǎn)換為信號間隔帶來的失真的校正信號，并使該
校正信號匹配寬位輸入信號的精度和頻率。該方面還包括將所形成的校正信號 和寬位輸入的版本組合以產(chǎn)生校正的信號。
該實施例的一個方面還包括將形成的校正信號反饋到寬位輸入并將結果 差值與至少一個較早的寬位輸入相結合。
另 一 個實施例是將多位數(shù)字輸入信號轉(zhuǎn)換為具有固定的上升沿頻率的數(shù) 字信號的方法。該方法包括過采樣寬位輸入以產(chǎn)生樣本，以及包括產(chǎn)生具有至 少一個用來接收樣本之一的值的占位符的基本信號。該基本信號產(chǎn)生上升沿的 固定頻率，而不管占位符中的值。該方法還包括用值填充占位符以及包括以上 升沿的固定頻率輸出結果信號。
按照該實施例的一個方面，該基本信號具有一個高信號值和一個低信號 值，占位符在高和低信號值之間。在該實施例的一個可替換的方面，基本信號
為兩個高信號值、兩個低信號值和兩個占位符，其模式為xlyy2x;即，第一 信號值-第 一 占位符-第二信號值-第二信號值-第二占位符-第 一 占位符。
該實施例的另 一 方面還包括對結果信號流進行數(shù)字濾波。該數(shù)字濾波器產(chǎn) 生至少部分補償由將值與基本信號組合帶來的失真的校正信號。數(shù)字的濾波還 包括形成校正信號以與寬位輸入信號的精度和頻率匹配。該方面還包括將所形 成的校正信號和寬位輸入的版本組合以產(chǎn)生被校正的信號。
該實施例的另 一個方面還包括將形成的轉(zhuǎn)換信號反饋到寬位輸入并將結 果差值與至少一個較早的寬位輸入結合。由于本發(fā)明由優(yōu)選實施例和以上詳細描述的例子公開，這些例子的目的是 解釋而不是在限制的意義上。計算機輔助處理包含在所述實施例中?？梢灶A料 的是本領域技術人員能想到修改和組合，這些修改和組合將在本發(fā)明的精神和 范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種環(huán)路電路，用于校正由將過采樣的脈沖編碼調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號而導致的失真，包括輸入端，用于寬位輸入信號；差分元件，該差分元件連接于該輸入端并接收所述寬位輸入信號；輸入濾波器，該輸入濾波器連接于所述差分元件；至少一個過采樣器，該過采樣器連接于所述輸入濾波器，產(chǎn)生至少一個其精度比所述寬位信號的低、頻率比所述寬位信號的高的過采樣信號；多個脈寬調(diào)制器，這些脈寬調(diào)制器連接于所述過采樣器，并以時間偏移運行；多個輸出端，這些輸出端連接于所述脈寬調(diào)制器；以及數(shù)字反饋濾波器，該數(shù)字反饋濾波器連接于所述脈寬調(diào)制器，產(chǎn)生至少部分補償由所述脈寬調(diào)制器引起的不期望的失真的校正信號，并使該校正信號與所述寬位輸入信號的精度和頻率相匹配，以及將所形成的校正信號反饋到所述差分元件。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述輸入濾波器是將所述差分元件 的輸出與所述寬位輸入信號的實例進行組合的數(shù)字濾波器。
3. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)路電路，還包括至少M個連接于所述過采樣 器的脈寬調(diào)制器，這些脈寬調(diào)制器具有每脈寬間隔為M的精度，并以時間偏移 運行，從而使所述M個脈寬產(chǎn)生器的脈寬間隔開始于M個不同的時間。
4. 一種環(huán)路電路，用于校正由將過采樣的脈沖編碼調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào) 制信號而導致的失真，包括輸入端，用于寬位輸入信號；輸入緩沖器，該輸入緩沖器連接于所述輸入端并接收所述寬位輸入信號； 至少一個過采樣器，該過采樣器連接于所述輸入端、產(chǎn)生至少一個其精度 比所述寬位信號的低、頻率比所述寬位信號的高的過采樣信號；多個脈寬調(diào)制器，這些脈寬調(diào)制器連接于所述過采樣器，并以時間偏移運行；至少一個數(shù)字前饋濾波器，該數(shù)字前饋濾波器連接于所述脈寬調(diào)制器，其產(chǎn)生至少部分補償由所述脈寬調(diào)制器引入的失真的校正信號， 使該校正信號與所述寬位輸入信號的精度和頻率相匹配，以及前饋所形成的校正信號；以及差分元件，該差分元件連接于所述輸入緩沖器和所述數(shù)字前饋濾波器。
5. 根據(jù)權利要求4所述的環(huán)路電路，還包括第二處理塊，該第二處理塊包括至少一個第二過采樣器，該第二過采樣器連接于所述差分元件；以及 一個或多個第二脈寬調(diào)制器，該第二脈寬調(diào)制器連接于所述第二過采樣器。
6. 根據(jù)權利要求5所述的環(huán)路電路，其中，所述第二脈寬調(diào)制器以時間偏 移運行。
7. —種降低由將過采樣的寬位脈沖編碼調(diào)制的信號轉(zhuǎn)換為表示每信號間 隔M值的脈寬調(diào)制的信號所導致的失真的方法，該方法包括將一個或多個過采樣的信號分配到所述多個脈寬調(diào)制器， 所述脈寬調(diào)制器以時間偏移運行，并分布在信號間隔的M個部分上，所述 脈寬調(diào)制器引入失真；對所述脈寬調(diào)制器的脈寬調(diào)制信號進行數(shù)字濾波，該濾波產(chǎn)生至少部分補償由所述脈寬調(diào)制器引入的失真的校正信號，并 使該校正信號所述寬位輸入信號的精度和頻率相匹配；以及 將所述校正信號和所述寬位輸入信號的版本組合以產(chǎn)生經(jīng)校正的信號；并 通過過采樣和脈寬調(diào)制來處理所述經(jīng)校正的信號以產(chǎn)生補償?shù)拿}寬調(diào)制 的信號。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述將校正信號和寬位輸入信號的 版本的組合包括從所述寬位輸入信號的版本中減去所述校正信號以產(chǎn)生誤差補償信號；以及將所述誤差補償信號與所述寬位輸入信號的延遲的版本組合以產(chǎn)生被校 正的信號。
9. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述多個脈寬調(diào)制器是至少M個 脈寬調(diào)制器。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，對所述被校正的信號的處理包括通過過采樣和用來從至少M個脈寬調(diào)制器產(chǎn)生脈寬調(diào)制的信號的脈寬調(diào)制器 元件反饋被校正的信號。
11. 一種包括用來實施根據(jù)權利要求7所述方法的邏輯和資的集成電路。
12. —種具有用來實施根據(jù)權利要求7所述方法的指令的機器可讀存儲器。
13. —種包括用來制造具有用于實施根據(jù)權利要求7所述方法的邏輯和資 的集成電路的指令的機器可讀存儲器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)模轉(zhuǎn)換。特別地，其可以應用于將脈沖編碼調(diào)制的信號、例如用于CD和DVD的信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的信號或模擬信號。
文檔編號G06F17/00GK101317169SQ200680044223
公開日2008年12月3日 申請日期2006年9月26日 優(yōu)先權日2005年9月26日
發(fā)明者A·馬丁·馬林森, 西蒙·丹普豪斯, 達斯廷·D·福曼 申請人:Ess技術公司