專利名稱：使用多項(xiàng)式內(nèi)插法的取樣率轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分所述的取樣率轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明還涉及在取樣率轉(zhuǎn)換器中使用的轉(zhuǎn)換裝置。
本發(fā)明還涉及如權(quán)利要求7前序部分所述的用于進(jìn)行轉(zhuǎn)換的方法。
在(本申請(qǐng)人的)美國(guó)專利US-A-4797845中描述了一種取樣率轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器使用了高的過(guò)量取樣和保持或高頻的線性內(nèi)插法。
在歐洲專利申請(qǐng)EP-A-0695032中，說(shuō)明了這樣一種取樣率轉(zhuǎn)換器，它帶有一數(shù)字低通濾波器，此濾波器具有所謂的分段連續(xù)的線性赫爾曲線。
從歐洲專利申請(qǐng)EP-A-0512619(本申請(qǐng)人早先的申請(qǐng))中還已知有一種使用作為噪音形成器的∑Δ調(diào)制器的取樣率轉(zhuǎn)換器。
上述先有技術(shù)的取樣率轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是，大多數(shù)先有技術(shù)的取樣率轉(zhuǎn)換器不能用軟件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述先有技術(shù)的取樣率轉(zhuǎn)換器的另一缺點(diǎn)是，轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜性會(huì)隨所需的性能改進(jìn)呈指數(shù)增長(zhǎng)。
本發(fā)明的目的是提供不具有先有技術(shù)缺點(diǎn)的取樣率轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換裝置和方法。為此，本發(fā)明的第一個(gè)方面提供了如權(quán)利要求1的取樣率轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的第二個(gè)方面提供了如權(quán)利要求6的轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的第三個(gè)方面提供了如權(quán)利要求7的方法。
本發(fā)明可用于異步(即系統(tǒng)的輸入和輸出時(shí)鐘是不相關(guān)的)以及同步(分?jǐn)?shù))取樣率轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明還可有效地用于所謂嵌入式解決方案(軟件)。不需要有對(duì)照表和/或硬件加速器。
本發(fā)明的基本思想是使用高階多項(xiàng)式以便計(jì)算出信號(hào)值在特定時(shí)刻的近似值。在迄今前為止的數(shù)字信號(hào)處理中，由于認(rèn)為是太復(fù)雜，因此沒有使用時(shí)間的高階多項(xiàng)式或非線性函數(shù)。
需要信號(hào)值的時(shí)間可由用于對(duì)輸入時(shí)鐘與輸出時(shí)鐘進(jìn)行比較的裝置來(lái)確定，所述裝置例如是一個(gè)相鎖環(huán)(PLL)。多項(xiàng)式的階取決于所選定的、用來(lái)確定信號(hào)在新時(shí)間瞬間的實(shí)際值的可用樣本的數(shù)量。從本質(zhì)上說(shuō)，在輸入信號(hào)中存在有作為中值的相關(guān)樣本的情況下，可由無(wú)窮個(gè)sin(x)/x函數(shù)的和來(lái)確定在新時(shí)間瞬間的、唯一正確而不是近似的值。用多項(xiàng)式來(lái)計(jì)算信號(hào)值在特定時(shí)間的近似值。
所需的近似值的精確度將增加多項(xiàng)式內(nèi)插法的階。
應(yīng)該注意，載于《IEE論文集電路設(shè)備系統(tǒng)》1994年8月第141卷第4期第315-324頁(yè)的“基于數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器/電源放大器的新型高精度脈沖寬度調(diào)制器”(作者為J.M.Goldberg，M.B.Sandler)說(shuō)明了可提高線性度的多項(xiàng)式內(nèi)插法，但它不是用于取樣率轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明的取樣率轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例包括權(quán)利要求2的特征。
通過(guò)使用在多項(xiàng)式內(nèi)插裝置之前的上取樣器以及低階多項(xiàng)式函數(shù)，可以獲得同樣的分辨率。如果需要的話，也可以使用下取樣器。
通過(guò)使用一種可將信號(hào)轉(zhuǎn)換成是預(yù)定取樣率的倍數(shù)的取樣率的轉(zhuǎn)換裝置、然后再使用一個(gè)十取一濾波器將上述信號(hào)轉(zhuǎn)換成預(yù)定取樣率，可以進(jìn)一步提高性能。
本發(fā)明的取樣率轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例包括權(quán)利要求4的特征。
通過(guò)將多項(xiàng)式內(nèi)插法與用于高階FIR濾波器的對(duì)照表結(jié)合起來(lái)，可以綜合這兩者的優(yōu)點(diǎn)，所述對(duì)照表包括一組或多組系數(shù)并且能用于輸入與輸出時(shí)鐘之間的某些差值以及上述系數(shù)組之間的多項(xiàng)式內(nèi)插。
本發(fā)明的取樣率轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例包括權(quán)利要求5的特征。
利用這些公式，可在數(shù)字信號(hào)處理器中很容易地實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)式內(nèi)插。
本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例包括權(quán)利要求8的特征。
通過(guò)將多項(xiàng)式內(nèi)插法與對(duì)照表結(jié)合起來(lái)，能進(jìn)一步提高所述方法的效率。
參照附圖所示的對(duì)下述實(shí)例的說(shuō)明，可以看出和了解本發(fā)明的特征以及具有可任選地實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)的附加特征，附圖中

圖1示出了本發(fā)明取樣率轉(zhuǎn)換器的概略框圖實(shí)例；以及圖2示出了本發(fā)明取樣率轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)實(shí)例。
圖1示出了本發(fā)明取樣率轉(zhuǎn)換器SRC的概略框圖實(shí)例，取樣率轉(zhuǎn)換器SRC接收具有取樣頻率fi的輸入信號(hào)Si和提供具有取樣頻率fo的輸出信號(hào)So。所述取樣率轉(zhuǎn)換器還包括輸入裝置IM，它用于處理輸入信號(hào)；以及，輸出裝置OM，它用于處理并提供上述輸出信號(hào)。所述輸入裝置與轉(zhuǎn)換裝置CM相連，轉(zhuǎn)換裝置CM用于將具有輸入取樣頻率的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有輸出取樣頻率的輸出信號(hào)。由一個(gè)取決于輸入與輸出取樣頻率之差的差值信號(hào)Δt來(lái)對(duì)所述轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行控制，從而，在這一實(shí)例中，可將輸入與輸出取樣頻率提供給相鎖環(huán)PLL，相鎖環(huán)將差值信號(hào)Δt作為控制信號(hào)提供給前述轉(zhuǎn)換裝置。
所述輸入裝置和輸出裝置均包括所謂的FIFO(先進(jìn)先出)，以便分別對(duì)輸出和輸出信號(hào)進(jìn)行緩存。
還可例如在輸入裝置中使用一上取樣器，以便利用同樣的多項(xiàng)式來(lái)提高分辨率。相反，還可以降低多項(xiàng)式的次數(shù)從而獲得同樣的分辨率。通過(guò)使用一上取樣器，可用相鄰信號(hào)值之間的信號(hào)路徑來(lái)近似新的值。
在大多數(shù)情況下不需要下取樣器，這是因?yàn)?，不必?jì)算出這樣的一種內(nèi)插樣本，該樣本具有(例如)是所需頻率4倍的頻率。但是下取樣能進(jìn)一步提高性能。
圖2示出了供本發(fā)明取樣率轉(zhuǎn)換器使用的轉(zhuǎn)換裝置CM2的一個(gè)實(shí)例。所述轉(zhuǎn)換裝置包括一多項(xiàng)式內(nèi)插部件PIP。在這一實(shí)例中，轉(zhuǎn)換裝置CM2還包括一頻率差測(cè)定裝置FDM，它用于提供差值Δt。
多項(xiàng)式內(nèi)插部件PIP包括多項(xiàng)式常數(shù)求和裝置PS1-PS6，它們用于根據(jù)差值信號(hào)Δt獲得多項(xiàng)式常數(shù)p1-p6?？蓪⑦@些多項(xiàng)式常數(shù)提供給常數(shù)乘法器M1-M6。
在上述實(shí)例中，內(nèi)插多項(xiàng)式為Y(x)=Σi=06kixi,m+n=6]]>上式使用了輸入樣本y(-m)，…y(-1)，y(0)，y(1)，…y(n) m＝n，或m＝n-1并且Y(-m)＝y(tǒng)(-m)
Y(0)＝y(tǒng)(0)··Y(n)＝y(tǒng)(n)ki=Σj=0m=nai,jy(j-m)]]>Y(x)=Σi=06xiΣj=0m+nai,jy(j-m);m+n=6]]>系數(shù)ai，j是通過(guò)對(duì)成組等式Y(jié)(-m)＝y(tǒng)(-m)…Y(0)＝y(tǒng)(0)…Y(n)＝y(tǒng)(n)求解而得到的。
將轉(zhuǎn)換裝置CM2的輸入信號(hào)Ci提供給多項(xiàng)式內(nèi)插部件。在乘法器PM1-PM5中倍增所說(shuō)的輸入信號(hào)。將乘法器PM1-PM5的輸入分別提供給常數(shù)乘法器M1-M6。多項(xiàng)式常數(shù)求和裝置PS1-PS6用上述公式來(lái)獲得倍增因子p1-p6。乘法器PM5的輸出與常數(shù)乘法器M6相連。
常數(shù)乘法器M1-M6的輸出與求和裝置SUMP相連，求和裝置SUMP用于將多項(xiàng)式的所有分量附加至所獲得總內(nèi)插信號(hào)Co中。
可以將多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換裝置與用于高階FIR濾波器的對(duì)照表結(jié)合起來(lái)。用這種方式可綜合這兩者的優(yōu)點(diǎn)，從而，可將對(duì)照表用于輸入樣本附近的樣本，并且，可將多項(xiàng)式內(nèi)插用于其它(較遠(yuǎn)的)樣本。
在以上的說(shuō)明中，業(yè)已根據(jù)詳細(xì)實(shí)例說(shuō)明了本發(fā)明的思想。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠充分了解屬于本發(fā)明范圍的多種解決方案。
如前所述，將多項(xiàng)式內(nèi)插法與對(duì)照表結(jié)合起來(lái)能進(jìn)一步改進(jìn)所說(shuō)的取樣率轉(zhuǎn)換器。
還可進(jìn)一步按需增加多項(xiàng)式內(nèi)插的次數(shù)。
本發(fā)明的核心是使用多項(xiàng)式，以便計(jì)算出信號(hào)值在某一特定時(shí)刻的近似值。這可用數(shù)字信號(hào)處理器或用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。異步和同步取樣率轉(zhuǎn)換器均可使用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.用于將輸入信號(hào)的取樣頻率從第一頻率轉(zhuǎn)換成第二頻率的取樣率轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括輸入裝置，它用于接收具有第一取樣頻率的輸入信號(hào)；輸出裝置，它用于提供具有第二取樣頻率的輸出信號(hào)；轉(zhuǎn)換裝置，它用于利用內(nèi)插裝置將所述輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)；以及，相鎖環(huán)，它用于接收上述第一和第二頻率，以便對(duì)前述轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行控制，所述轉(zhuǎn)換器的特征在于，上述內(nèi)插裝置是多項(xiàng)式內(nèi)插裝置。
2.如權(quán)利要求1的取樣率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述輸入裝置包括上取樣器。
3.如權(quán)利要求2的取樣率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述輸出裝置包括下取樣器。
4.如權(quán)利要求1的取樣率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換裝置包括對(duì)照表，該表具有預(yù)先計(jì)算出的FIR系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1的取樣率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多項(xiàng)式內(nèi)插裝置使用了Y(x)=Σi=0m+nxiΣj=0m+nai,jy(j-m)]]>其中，Y(x)＝內(nèi)插的信號(hào)，y(j-m)＝輸入的樣本。
6.供權(quán)利要求1的取樣率轉(zhuǎn)換器使用的轉(zhuǎn)換裝置。
7.用于將輸入信號(hào)的取樣頻率從第一頻率轉(zhuǎn)換成第二頻率的方法，該方法包括下列步驟接收具有第一取樣頻率的輸入信號(hào)；利用內(nèi)插法將所述輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有第二取樣頻率的輸出信號(hào)，其中，由一個(gè)取決于第一與第二取樣頻率之差的信號(hào)來(lái)對(duì)這種轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制；所述方法的特征在于，用多項(xiàng)式內(nèi)插來(lái)將所述輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述方法將一對(duì)照表與多項(xiàng)式內(nèi)插的組合用于轉(zhuǎn)換前述輸入信號(hào)。
全文摘要
一種用于將輸入信號(hào)的取樣頻率從第一頻率轉(zhuǎn)換成第二頻率的取樣率轉(zhuǎn)換器。該取樣率轉(zhuǎn)換器使用了內(nèi)插裝置和用于接收上述第一和第二頻率的相鎖環(huán)。本發(fā)明提供了一種取樣率轉(zhuǎn)換器,它使用了一個(gè)被實(shí)現(xiàn)為多項(xiàng)式內(nèi)插裝置的內(nèi)插裝置。
文檔編號(hào)H03H17/00GK1273709SQ99800623
公開日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1999年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月27日
發(fā)明者B·J·G·普特策伊斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司