專利名稱：一種四象限數(shù)字乘法器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子領域，尤其涉及一種四象限數(shù)字乘法器。
背景技術：
在電子領域中，有時需要對兩路信號進行乘法運算。例如在電能計量中，需要用電流與電壓相乘得到電功率。用四象限模擬乘法器實現(xiàn)兩路信號的乘積，所得結果的精度較低。為提高精度，現(xiàn)有技術中使用模數(shù)轉換器，將模擬信號轉換成數(shù)字信號，用四象限數(shù)字乘法器來實現(xiàn)兩路信號的相乘。
目前，四象限數(shù)字乘法器主要有兩種。第一種是雙通道對等方式的四象限數(shù)字乘法器。第二種是單通道預處理四象限數(shù)字乘法器。
圖1示出了現(xiàn)有技術提供的雙通道對等方式的四象限數(shù)字乘法器的結構。它包括第一通道處理部分、第二通道處理部分、第一乘法計算單元15和第三低通濾波器16。第一通道處理部分包括第一模數(shù)轉換器11和第一低通濾波器12。第二通道處理部分包括第二模數(shù)轉換器13和第二低通濾波器14。在進入第一乘法計算單元15之前，一路模擬信號先經(jīng)過第一通道的第一模數(shù)轉換器11。第一模數(shù)轉換器11將模擬信號轉換成數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號送入第一通道的第一低通濾波器12。第一低通濾波器12濾除第一模數(shù)轉換器11產(chǎn)生的高頻噪音后，將數(shù)字信號送入第一乘法計算單元15。另一路模擬信號進入第二通道后的處理過程與第一通道的信號處理過程相同，得到濾波后的數(shù)字信號進入第一乘法計算單元15。第一乘法計算單元15將兩路數(shù)字信號相乘后送入第三低通濾波器16。通過第三低通濾波器16濾除相乘結果中的各種噪聲。
這種四象限數(shù)字乘法器在相乘之前對兩路二值或多值信號進行完全相同的處理。這種四象限數(shù)字乘法器優(yōu)點是相乘結果精度高。但是，由于需要使用位數(shù)較高的乘法器和三個低通濾波器，四象限數(shù)字乘法器的制造成本就較高并且功耗較大。
圖2示出了現(xiàn)有技術提供的單通道預處理四象限數(shù)字乘法器的結構。它包括第一通道處理部分、第二通道處理部分、第二乘法計算單元26和第三低通濾波器27。第一通道處理部分包括第一模數(shù)轉換器21、第一低通濾波器22和升采樣電路23。第二通道處理部分包括第二模數(shù)轉換器24和相位補償電路25。一路模擬信號先經(jīng)過第一通道的第一模數(shù)轉換器21。第一模數(shù)轉換器21將模擬信號轉換成數(shù)字信號并將數(shù)字信號輸出到第一低通濾波器22。第一低通濾波器22濾除第一模數(shù)轉換器21產(chǎn)生的高頻噪音后，將數(shù)字信號送入升采樣電路23。升采樣電路23提高數(shù)字信號的碼率并輸出提高碼率后的數(shù)字信號到第二乘法計算單元26。另一路模擬信號進入第二通道后，經(jīng)過第二模數(shù)轉換器24的模數(shù)轉換后進入相位補償電路25，再由相位補償電路25輸出補償相位后的數(shù)字信號到第二乘法計算單元26，在第二乘法計算單元26中與第一通道輸出的數(shù)字信號相乘，并把結果送入第三低通濾波器27。通過第三低通濾波器27濾除相乘結果中的各種噪聲。
這種四象限數(shù)字乘法器在相乘之前只對其中一路二值或多值信號進行預處理，處理后的結果直接與另一路二值或多值的輸入信號進行相乘。這種方式相對第一種方式的優(yōu)點是不需要使用第二低通濾波器，節(jié)省了這一部分成本，同時，其所采用的第二乘法計算單元的結構也比較簡單。但由于乘法運算的結果的數(shù)據(jù)碼率等于二值或多值信號的碼率，第三低通濾波器就需要工作在較高的頻率下。這樣就造成了第三低通濾波器的成本和功耗較高，從而總的成本和功耗也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種四象限乘法器，旨在解決現(xiàn)有的四象限數(shù)字乘法器的制造成本和功耗較高的問題。
本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種四象限數(shù)字乘法器，包括第一模數(shù)轉換器，其輸入端為四象限數(shù)字乘法器的一個輸入端，用于將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號；第二模數(shù)轉換器，其輸入端為四象限數(shù)字乘法器的另一個輸入端，用于將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號；第一低通濾波器，其輸入端與第一模數(shù)轉換器的輸出端相連，用于濾除高頻噪音；相位補償電路，其輸入端與第二模數(shù)轉換器相連，用于補償數(shù)字信號的相位；第三低通濾波器，其輸出端為四象限數(shù)字乘法器的輸出端，用于濾除相乘結果中的噪聲；升采樣電路，其輸入端與第一低通濾波器的輸出端相連，用于提高低通濾波器輸出的數(shù)字信號的碼率，所述四象限數(shù)字乘法器還包括降采樣電路，其輸入端與相位補償電路的輸出端相連，用于降低數(shù)字信號的碼率；以及第三乘法計算單元，其一個輸入端與升采樣電路的輸出端相連，另一個輸入端與降采樣電路的輸出端相連，其輸出端與第三低通濾波器的輸入端相連，用于將兩路數(shù)字信號相乘。
本發(fā)明通過使用降采樣電路來降低數(shù)字信號進入第三低通濾波器時的碼率，從而降低了第三低通濾波器的成本及功耗，從而降低了總成本及總功耗。


圖1是現(xiàn)有技術提供的雙通道對等方式的四象限數(shù)字乘法器的結構圖；圖2是現(xiàn)有技術提供的單通道預處理四象限數(shù)字乘法器的結構圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的四象限數(shù)字乘法器的結構圖；
圖4是本發(fā)明實施例提供的乘法計算單元的結構圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明的實施例通過使用降采樣電路來調(diào)整兩路信號的碼率，降低了數(shù)字信號進入第三低通濾波器時的碼率。
圖3示出了本發(fā)明實施例提供的四象限數(shù)字乘法器的結構。詳述如下此四象限數(shù)字乘法器為非對稱預處理結構的乘法器。它包括第一通道處理部分、第二通道處理部分、第三乘法計算單元37和第三低通濾波器38。第一通道處理部分包括第一模數(shù)轉換器31，第一低通濾波器32和升采樣電路33。其中，升采樣電路33的實現(xiàn)方式可以為實際電路，也可為第三乘法計算單元37與第一低通濾波器32輸出的結果的頻率差。第二通道處理部分包括第二模數(shù)轉換器34、相位補償電路35和降采樣電路36。其中，相位補償電路35由若干個移位寄存器組成，寄存器的個數(shù)由具體的相位差來決定。
第一通道處理部分、第二通道處理部分都與第三乘法計算單元37的輸入端相連。第三低通濾波器38則與第三乘法計算單元37的輸出端相連。在第一通道處理部分中，第一模數(shù)轉換器31的輸入端即為四象限數(shù)字乘法器的一個輸入端，輸出端與第一低通濾波器32的輸入端相連。第一低通濾波器32的輸出端與升采樣電路33的輸入端相連。升采樣電路33的輸出端與第三乘法計算單元37的一個輸入端相連。在第二通道處理部分中，第二模數(shù)轉換器34的輸入端即為四象限數(shù)字乘法器的另一個輸入端，輸出端與相位補償電路35的輸入端相連。相位補償電路35的輸出端與降采樣電路36的輸入端相連。降采樣電路36的輸出端與第三乘法計算單元37的另一個輸入端相連。
一路模擬信號進入第二模數(shù)轉換器34后，第二模數(shù)轉換器34將模擬信號轉換成數(shù)字信號并把此數(shù)字信號輸出到相位補償電路35中。由于使用了第二模數(shù)轉換器34、第一低通濾波器32，或者輸入的模擬信號的相位本來就不一致等原因，第一通道與第二通道的數(shù)字信號之間就存在相位差。相位補償電路35對輸入它的數(shù)字信號補償相位，使得第一通道和第二通道中的數(shù)字信號的相位一致，并把結果輸出給降采樣電路36，降采樣電路36按一定的降采樣率降低第二通道中的數(shù)字信號的碼率并把結果輸出到第三乘法計算單元37。
另一路模擬信號進入第一模數(shù)轉換器31后，第一模數(shù)轉換器31將模擬信號轉換成數(shù)字信號，并將數(shù)字信號送入第一低通濾波器32。第一低通濾波器32濾除第一模數(shù)轉換器31產(chǎn)生的量化噪聲、熱噪聲等高頻噪聲，并把濾波結果送到升采樣電路33。雖然在第二通道中已經(jīng)使用了降采樣電路36對第二通道的數(shù)字信號進行了降采樣，從而減小了第二通道的數(shù)字信號的碼率，但由于所使用的降采樣率不夠大，第一通道的數(shù)字信號的碼率還是比第二通道的小，于是升采樣電路33通過升采樣來提高第一通道的碼率，并使得第一通道與第二通道中的數(shù)字信號的碼率相等。然后，升采樣電路33將碼率提高后的數(shù)字信號輸出給第三乘法計算單元37。
第三乘法計算單元37將其輸入端的兩個數(shù)字信號相乘，并把結果輸出給第三低通濾波器38。通過第三低通濾波器38濾除相乘結果中的各種噪聲。
圖4示出了本發(fā)明實施例提供的第三乘法計算單元32的結構。
第三乘法計算單元37包括運算單元371和X選1邏輯單元372，數(shù)字信號1經(jīng)過第一低通濾波器32濾波輸出濾波后的數(shù)字信號R1，經(jīng)過升采樣進入運算單元，經(jīng)過運算單元得到0、R1×(±1)、R1×(±2)、R1×(±22)……R1×(±2d-2)、R1×(±2d-1)以及R1×(±2d)。
相位補償電路35由若干個移位寄存器組成，寄存器的個數(shù)由具體的相位差來決定。數(shù)字信號2經(jīng)過相位補償電路35后，再由降采樣電路36進行降采樣。作為本發(fā)明的一個實施例，降采樣電路36采用的是一組寄存器。降采樣則通過寄存器按照數(shù)字信號的同步時鐘進行移位來實現(xiàn)。所需寄存器的個數(shù)為數(shù)字信號的位寬n與降采樣率d的乘積。降采樣的結果就一共有2d種。此時，X選1邏輯單元372從2d中選擇一種結果，運算電路371則根據(jù)X選1邏輯單元372選擇的結果相應地輸出相乘結果。
第三乘法計算單元37會自動調(diào)整其碼率，使其碼率與從降采樣電路36輸出的數(shù)字信號的碼率一致。而另一通道的升采樣電路33則是根據(jù)降采樣電路36輸出的數(shù)字信號的碼率對本通道的數(shù)字信號的碼率進行調(diào)整。因此，相乘結果的碼率由降采樣電路36的輸出碼率決定。這樣就降低了第三低通濾波器38的工作頻率，即可降低了第三低通濾波器38的成本及功耗。而所采用的降采樣電路36的成本及功耗小于第三低通濾波器38節(jié)省的成本及功耗。所以節(jié)省了總成本及總功耗。最后，從第三低通濾波器38輸出相乘結果的直流分量。
本發(fā)明的實施例提供的四象限數(shù)字乘法器不需要使用一個很多位數(shù)的乘法計算單元，但又能夠降低第三低通濾波器的成本及功耗，從而降低了四象限數(shù)字乘法器的成本及功耗。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種四象限數(shù)字乘法器，包括第一模數(shù)轉換器，其輸入端為四象限數(shù)字乘法器的一個輸入端，用于將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號；第二模數(shù)轉換器，其輸入端為四象限數(shù)字乘法器的另一個輸入端，用于將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號；第一低通濾波器，其輸入端與第一模數(shù)轉換器的輸出端相連，用于濾除高頻噪音；相位補償電路，其輸入端與第二模數(shù)轉換器的輸出端相連，用于補償數(shù)字信號的相位；第三低通濾波器，其輸出端為四象限數(shù)字乘法器的輸出端，用于濾除相乘結果中的噪聲；升采樣電路，其輸入端與第一低通濾波器的輸出端相連，用于提高低通濾波器輸出的數(shù)字信號的碼率，其特征在于，所述四象限數(shù)字乘法器還包括降采樣電路，其輸入端與相位補償電路的輸出端相連，用于降低數(shù)字信號的碼率；以及第三乘法計算單元，其一個輸入端與升采樣電路的輸出端相連，另一個輸入端與降采樣電路的輸出端相連，其輸出端與第三低通濾波器的輸入端相連，用于將兩路數(shù)字信號相乘。
2.如權利要求1所述的四象限數(shù)字乘法器，其特征在于，所述降采樣電路為若干個移位寄存器。
3.如權利要求1所述的四象限數(shù)字乘法器，其特征在于，所述第三乘法計算單元包括運算單元和X選1邏輯單元。
4.如權利要求2所述的四象限數(shù)字乘法器，其特征在于，所述寄存器的數(shù)量為輸入信號的位數(shù)與降采樣的倍數(shù)的乘積。
全文摘要
本發(fā)明適用于電子領域，提供了一種四象限數(shù)字乘法器，包括第一模數(shù)轉換器、第二模數(shù)轉換器、第一低通濾波器、相位補償電路、第三低通濾波器、升采樣電路、降采樣電路以及第三乘法計算單元。本發(fā)明通過使用降采樣電路來降低數(shù)字信號進入第三低通濾波器時的碼率，降低了第三低通濾波器的成本及功耗，從而降低了四象限數(shù)字乘法器的成本及功耗。
文檔編號G06F7/52GK101021775SQ20071007352
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權日2007年3月14日
發(fā)明者劉小靈, 萬巍 申請人:深圳市芯?？萍加邢薰?br>