CN101273529B - 用于Delta-Sigma调制器中调节抖动的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种Delta-Sigma调制器。该Delta-Sigma调制器包括：量化器电路，被配置为使用第一模拟信号来产生数字信号；以及抖动控制电路，被配置为使用该数字信号来调节应用于该第一模拟信号的抖动量。
Description
背景技术
Delta-Sigma调制器是一种配置为输出数字信号来表示模拟输入信号的电子元件。该调制器以相对高的频率输出以高逻辑值或低逻辑值的数字信号，来表示模拟信号。因为数字信号被高度量化，所以数字信号典型地具有显著的量化噪声。为了防止量化噪声对调制器的不利影响，通常将调制器设计为以使得噪声出现在感兴趣频率(即调制器的通带)之外的形式来使量化噪声的频率响应成形。
当用于模数转换器(ADC)时，Delta-Sigma调制器的数字信号输出反馈回来并且用基准电压对其进行调制。在理想情况下，基准电压是恒定DC(直流)电压。然而，在调制器的操作期间，基准电压可能受到来自同一块衬底上的其它电路的电气干扰，通常称之为单频信号(tone)。当调制器的输入模拟信号能量相对低时(例如，没有施加输入信号)，调制器可以使该单频信号与有限周期振荡所产生的带外单频信号发生卷积。该卷积可以导致该单频信号折成感兴趣频率范围内的混叠单频信号。混叠单频信号可能会降低调制器的性能。因此，希望最小化对混叠单频信号的敏感度，以降低Delta-Sigma调制器的性能恶化。
发明内容
根据一个示例性实施例，提供了一种Delta-Sigma调制器。该Delta-Sigma调制器包括：量化器电路，被配置为使用模拟信号来产生数字信号；抖动控制电路，被配置为使用数字信号来调节应用于模拟信号的抖动量。
根据另一示例性实施例，提供了一种方法，其包括：根据模拟信号产生数字输出信号；以及产生根据数字输出信号而变化的抖动量。
根据另一示例性实施例，提供了一种系统，其包括：电路，被配置为使用控制信号来产生抖动量；以及第二电路，被配置为响应于模拟输入信号而使用由Delta-Sigma调制器所产生的数字输出信号来产生控制信号。
根据另一示例性实施例，提供了一种通信装置。该通信装置包括：天线，被配置为接收模拟输入信号；移动通信子系统，被配置为使用天线来与远程主机进行通信，并包括模数转换器(ADC)；以及输入/输出子系统，被配置为与该移动通信子系统进行通信。该ADC包括被配置为使用模拟输入信号来产生数字输出信号的Delta-Sigma调制器，并且该Delta-Sigma调制器还包括被配置为使用数字输出信号来产生抖动量的抖动控制电路。
附图说明
图1是示出了Delta-Sigma调制器的一个实施例的框图。
图2是示出了抖动控制电路的一个实施例的框图。
图3是示出了抖动控制单元的一个实施例的框图。
图4是示出了移动通信子系统的一个实施例的框图。
图5是示出了包括图4所示的移动通信子系统的移动装置的一个实施例的框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考构成了具体实施方式的一部分的附图，并且在附图中，作为示例示出了本发明可实践于其中的特定实施例。在这一点上，关于所描述的附图的方位，使用方向性术语，例如“顶部”、“底部”、“前”、“后”，“前端”，“后部”等。由于可以按照多种不同方位来安置本发明的实施例中的元件，因此该方向性术语用于例证的目的，而决非限制。应理解，也可以利用其它实施例，并且在不偏离开本发明的范围的前提下，可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应在限制的意义上进行，并且本发明的范围由所附的权利要求限定。
如这里所述，提供了一种根据模拟输入信号产生数字输出信号的Delta-Sigma调制器。该数字输出信号的低频部分随着模拟输入信号的强度而变化。该调制器包括抖动控制电路，该抖动控制电路被配置为根据数字输出信号来调节应用于调制器的抖动量。该抖动控制电路响应于该数字输出信号的低频分量的增加而减少抖动量，并且该抖动控制电路响应于该数字输出信号的低频分量的减少而增加抖动量。具体地，该抖动控制电路响应于模拟输入信号的低信号强度(如使用数字输出信号的低频分量确定的)(例如，在空闲信道条件下)来增加抖动量。
通过调节应用于量化器的模拟输入的抖动量，该抖动控制电路防止调制器在模拟输入信号的相对高的信号强度下饱和，以及防止由有限周期振荡所产生的单频信号在模拟输入信号的相对低的信号强度下折成感兴趣频率范围内的混叠单频信号。此外，该抖动控制电路还防止量化噪声在高输入信号电平时降低调制器的性能。
图1是示出了Delta-Sigma调制器10的一个实施例的框图。调制器10包括差分电路12、环路滤波器电路14、求和电路16、量化器电路18以及抖动控制电路20。
调制器10接收模拟输入信号VIN，并根据该模拟输入信号产生数字输出信号(1b OUT)。调制器10以相对高的频率产生使用逻辑高(例如，1)和逻辑低(例如-1)值的数字输出信号，来表示模拟信号。该数字输出信号的频率随着模拟输入信号的强度而变化。调制器10被配置为根据数字输出信号的低频内容来连续调节应用于该数字输出信号的抖动量。具体地，调制器10响应于模拟输入信号的低信号强度(如使用数字输出信号的低频分量确定的)(例如，在空闲信道条件下)来增加抖动量。
差分电路12接收模拟输入信号VIN和基准电压信号VREF。差分电路12还接收量化器电路18所产生的数字输出信号。差分电路12从该模拟输入信号和基准电压信号中获得模拟信号。差分电路12使用数字输出信号来调制基准电压信号，并产生模拟信号22，模拟信号22表示模拟输入信号与已调制的基准电压信号之间的差。差分电路12将模拟信号22提供给环路滤波器电路14。
差分电路12所接收到的基准电压信号可以包括由与调制器10电气连接或很靠近的其它电子组件所产生的噪声。例如，当调制器10用在移动通信子系统中时，噪声可以由通用异步收发机(UART)、处理电路、时钟电路或电压转换电路产生。该噪声可以包括由谐波振荡(例如时钟信号)或距离很近的电路组件的电磁耦合所产生的能量。因为差分电路12使用数字输出信号来调制基准电压信号，所以在空闲信道条件下，基准电压信号上的噪声可能会影响模拟信号22的产生。
环路滤波器电路14接收模拟信号22并从模拟信号22中获取模拟信号24。环路滤波器电路14根据任意适当的滤波功能，使用模拟信号22产生模拟信号24。环路滤波器电路14可以包括任意数目的滤波器、积分器、和反馈环路。在一个实施例中，环路滤波器电路14包括具有一个反馈环路的三阶系统。环路滤波器电路14将模拟信号24提供给求和电路16。
求和电路16从环路滤波器电路接收模拟信号24，以及从抖动控制电路20接收模拟抖动信号28。模拟抖动信号28包括由抖动控制电路20产生的抖动。求和电路16从模拟信号24和模拟抖动信号28中获得模拟信号26。例如，求和电路16通过将模拟信号24与模拟抖动信号28相加来将模拟信号24和模拟抖动信号28组合起来，以将抖动应用于模拟信号24，并产生模拟信号26。求和电路16将模拟信号26提供给量化器电路18。
量化器电路18从求和电路16接收模拟信号26。量化器电路18从模拟信号26中得到数字输出信号。量化器电路18以相对高的频率将模拟信号26转化为一连串逻辑高(例如，1)和逻辑低(例如，-1)的值，以产生数字输出信号(1b OUT)。在图1的实施例中，该数字输出信号包含1比特的输出信号。量化器电路18将该数字输出信号提供给差分电路12和抖动控制电路20。
抖动控制电路20接收数字输出信号，并根据该数字输出信号产生模拟抖动信号28。抖动控制电路20从数字输出信号中获得模拟抖动信号28。抖动控制电路20使用该数字输出信号来调节模拟抖动信号28。如上所述，模拟抖动信号28包括与来自环路滤波器电路14的模拟信号相结合的抖动量。抖动控制电路20使用数字输出信号调节抖动量，使得该抖动随着数字输出信号而改变。
在一个实施例中，抖动控制电路20根据数字输出信号的低频内容而产生抖动。如上所述，数字输出信号的低频内容随着信号强度(例如，模拟输入信号的幅度)而变化。当模拟输入信号的强度增加时，数字输出信号的低频内容减少。此外，当模拟输入信号的强度降低时，数字输出信号的低频内容增加。相应地，当数字输出信号的低频内容减少时，抖动控制电路20增加提供给求和电路16的抖动量，当数字输出信号的低频内容增加的时候，抖动控制电路20减少提供给求和电路16的抖动量。具体地，抖动控制电路20响应于模拟输入信号的低信号强度(例如空闲信道条件)来增加抖动量。
通过在数字输出信号的低频分量增加时减少抖动量，抖动控制电路20随着模拟输入信号的强度的增加而减少提供给求和电路16的抖动。因此，抖动控制电路20可以防止调制器10在模拟输入信号的相对高信号强度期间饱和。
通过在数字输出信号的低频分量减少时通过增加抖动量，抖动控制电路20随着模拟输入信号的强度的减少而增加提供给求和电路16的抖动。因此，抖动控制电路20可以防止由有限周期振荡所产生的单频信号在模拟输入信号的相对低信号强度下折成调制器10的感兴趣频率内的混叠单频信号。该有限周期振荡可以由于基准电压信号在上述空闲信道条件下的噪声而出现。
在一个实施例中，抖动控制电路20根据数字输出信号的当前值和先前值产生抖动。在本实施例中，如果数字输出信号的当前值与先前值相等，则抖动控制电路20减少抖动量，如果数字输出信号的当前值与先前值不等，则抖动控制电路20增加抖动量。在其它实施例中，抖动控制电路20根据数字输出信号的多个当前值和先前值产生抖动。例如，抖动控制电路20可以根据对数字输出信号的多个当前值和先前值的平均或其它函数来调节抖动量。
图2是示出了抖动控制电路20的一个实施例的框图。在图2的实施例中，抖动控制电路20包括抖动控制单元42和乘法电路44。
抖动控制单元42从量化器18(图1示出)接收数字输出信号(1bOUT)。抖动控制单元42根据该数字输出信号产生数字控制信号52。抖动控制单元42产生控制信号52，以调节乘法电路44所产生的抖动量。抖动控制单元42根据数字输出信号的低频分量产生控制信号52。抖动控制单元42产生控制信号52，使得当数字输出信号的低频分量增加时，乘法电路44所产生的抖动量也减少。抖动控制单元42也产生控制信号52，以使得当数字输出信号的低频分量减少时，乘法电路44产生的抖动量增加。具体地，抖动控制单元42响应于模拟输入信号的低信号强度(例如，空闲信道条件)产生控制信号52，以使得乘法电路44所产生的抖动量增加。
在一个实施例中，抖动控制单元42通过对数字输出信号的当前值与先前值进行比较来产生控制信号52。在图2所示的示例中，抖动控制单元42通过数字输出信号接收逻辑高值(例如，+1)和逻辑低值(例如，-1)。如果当前值与先前值不等(例如，当前值为+1，先前值为-1，或者当前值为-1而先前值为+1)，抖动控制单元42产生或等于当前值或等于先前值的控制信号52。抖动控制单元42产生具有+1或-1值的控制信号52，以使得乘法电路44所产生的抖动量增加。如果当前值与先前值相等(例如当前值为+1，先前值也为+1，或者当前值为-1而先前值也为-1)，则抖动控制单元也产生控制信号52，此时控制信号52等于0。抖动控制单元42产生具有0值的控制信号52，以使乘法电路44所产生的抖动量减少。
在其它实施例中，抖动控制单元42根据数字输出信号的任意数目的当前值和先前值来产生控制信号52。例如，抖动控制单元42可以根据对数字输出信号的多个当前值和先前值的平均或其它函数来产生控制信号52。
乘法电路44从抖动控制单元42接收控制信号52。乘法电路44还接收数字抖动信号54和抖动基准信号56。数字抖动信号54和抖动基准信号56可以由抖动控制电路20或耦合至抖动控制电路20的其它电路产生。数字抖动信号54向乘法电路44提供逻辑高值(例如，+1)和逻辑低值(例如，-1)。抖动基准信号56给乘法电路44提供模拟信号。乘法电路44根据控制信号52、数字抖动信号54、以及抖动基准信号56产生抖动，并使用模拟抖动信号28向求和电路16(图1示出)提供抖动。
在一个实施例中，乘法电路44通过将控制信号52、数字抖动信号54、以及抖动基准信号56相乘来产生模拟抖动信号28。更具体地，乘法电路44通过将控制信号52和数字抖动信号54的逻辑电平值与抖动基准信号56的模拟信号相乘，来产生模拟抖动信号28。在其它实施例中，乘法电路44通过以其它方式组合控制信号52、数字抖动信号54、和抖动基准信号56来产生模拟抖动信号28。
图3是示出了抖动控制单元42的一个实施例的框图。在图3的实施例中，抖动控制单元42包括时钟触发器62和异或门64。时钟触发器62和异或门64中的每一个接收来自量化器18的数字输出信号。
触发器62接收时钟信号72，时钟信号72使触发器62在每个时钟周期内时钟触发输入数字输出信号的当前值。时钟信号72还使触发器62在每个时钟周期内时钟触发输出数字输出信号的先前值，即，紧接在数字输出信号的当前值前输出之前的数字输出信号的值(表示为信号74)。触发器62给异或门64提供信号74。异或门64在信号74上接收数字输出信号的先前值，并将该先前值与数字输出信号的当前值进行比较，以产生控制信号52。使用触发器62和异或门64、抖动控制单元42通过比较数字输出信号的当前值与先前值来产生控制信号52。
图4是示出了移动通信子系统100的一个实施例的框图。子系统100包括射频(RF)电路102、基带处理器电路104、控制电路106、以及天线接口电路108。射频电路102包括接收机电路112和发射机电路118。接收机电路112包含模数转换器(ADC)114，并且ADC 114包括如图1所示的Sigma-Delta调制器10。
射频电路102被配置为使用直接或间接地耦合至天线接口电路108的天线(例如，如图5所示的天线506)来发送或接收信息。例如，该信息可以包括语音或数据通信。
射频电路102包括一个或更多个发射机电路118的实例。发射机电路118被配置为使用天线接口电路108来发送信息。为了发送信息，发射机电路118接收要从基带处理电路104发送的数字信息，根据该信息产生射频信号，并将射频信号提供给天线接口电路108，用于通过天线进行发射。在由天线发射射频信号之前，可以由功率放大电路(未示出)对该射频信号进行放大。在一个实施例中，每个发射机电路118的实例都被配置为使用一个或更多个频带(例如，GSM 850、EGSM、PCS、或DCS频带)来发送信息。
射频电路102还包括接收机电路112的一个或更多个实例，接收机电路112被配置为使用天线接口电路108来接收信息。为了接收信息，接收机电路112通过天线和天线接口电路118从远程发射机(例如，如图5所示的基站510)接收包含信息的射频信号。在接收机电路112接收到射频信号之前，可以由滤波器电路(未示出)对该射频信号进行滤波。接收机电路112对射频信号进行放大和下变频，并将其转化为数字信息。具体地，ADC 114使用上面附加描述的Sigma-Delta调制器10将模拟射频信号转化为数字信息。接收机电路112将数字信息提供给基带处理器电路104，用以进行处理。在一个实施例中，接收机电路112的每个实例都被配置为从一个或更多个频带(例如GSM 850、EGSM、PCS、或DCS频带)接收信息。
基带处理器电路104被配置为对射频电路102所要发送的信息以及射频电路102所要接收的信息执行数字基带处理，例如语音和/或数据处理。基带处理器电路104还可以被配置为对与射频电路102无关联的其它信息(即，并非射频电路102所要发送的信息或并未从射频电路102中接收到的信息)执行数字处理。
控制电路106被配置为控制移动通信子系统100中的组件的操作，包括射频电路102和基带处理器电路104。例如，控制电路106被配置为对基带处理器电路104进行激活和去激活。控制电路106还被配置为对射频电路102进行激活和去激活。控制电路106包括硬件和/或软件组件的任意适当的组合，用以执行这里所描述的功能。
天线接口电路108被配置为连接至天线(例如，如图5所示的天线506)，以允许移动通信子系统100发送并接收射频信号。
移动通信子系统100可以利用串行或多路复用的方式(例如，通过共享硬件来实现各种任务)、利用并行的方式(例如，为每个信号处理任务使用专用硬件)、或这两种技术的组合来进行信号处理任务。对信号处理硬件、固件、和软件的选择取决于针对给定的期望实现的设计和性能规范。
图5是示出了包括图4所示的移动通信子系统100的移动通信装置500的一个实施例的框图。移动通信装置500可以是任意类型的便携式通信装置，例如移动或蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、以及音频和/或视频播放器(MP3或DVD播放器)。移动通信装置500包括移动通信子系统100、输入/输出子系统502、电源504、以及天线506。
输入/输出子系统502从用户处接收信息并向移动通信子系统100提供信息。输入/输出子系统502也从移动通信子系统100中接收信息并向用户提供信息。该信息可以包括语音和/或数据通信。输入/输出子系统502包括任意数目和类型的输入/或输出装置，以允许用户向移动通信装置500提供信息，并从移动通信装置500接收信息。输入和输出装置的示例包括麦克风、扬声器、键盘、定点和选择装置、以及显示装置。
电源504为移动通信子系统100、输入/输出子系统502、以及天线506提供电源。电源504包括任意适当的便携式或非便携式的电源，例如电池。
移动通信子系统100使用天线506在无线电频率中与一个或更多个基站510、或与其它远程主机进行通信。基站510包括一个或更多个天线512。如信号520所示，移动通信子系统100使用天线506在无线电频率中向一个或更多个基站510、或其它远程主机发射信息。如使用一个或更多个天线512所发射的信号530所示，移动通信子系统100使用天线506在无线电频率上从基站510接收信息，在其它实施例中，移动通信子系统使用其它频谱与基站510进行通信。
在上述实施例中，可以使用多种电路和处理技术及材料来实现根据本发明的通信设备。这种技术的示例包括：金属氧化物半导体(MOS)、P型金属氧化物半导体(PMOS)、N型金属氧化物半导体(NMOS)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、硅锗(GaAs)砷化镓(GaAs)、绝缘硅片(SOI)、双极型结型晶体管(BJT)以及BJTS与CMOS的组合(BiCMOS)。
尽管这里已经例证并描述了特定的实施例，本领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的前提下，可以以多种备用和/或等价实现来代替所示出并描述的特定实施例。本申请旨在覆盖这里所讨论的特定实施例的任意适配或变体。因此，本发明仅由权利要求及其等同物限定。
Claims (13)
1.一种Delta-Sigma调制器，包括：
量化器电路，被配置为使用第一模拟信号来产生数字信号，其中所述数字信号的低频部分随着所述第一模拟信号的强度而变化；以及
抖动控制电路，被配置为使用所述数字信号来调节应用于所述第一模拟信号的抖动量；
其中，所述抖动控制电路被配置为响应于所述数字信号的低频内容的减少来增加应用于所述第一模拟信号的抖动量，以及所述抖动控制电路被配置为响应于所述数字信号的低频内容的增加来减少应用于所述第一模拟信号的抖动量；
其中，所述抖动控制电路被配置为通过将所述数字信号的第一值与所述数字信号的第二值进行比较来调节应用于所述第一模拟信号的抖动量；以及
其中，所述抖动控制电路被配置为响应于第一值等于第二值来减少应用于所述第一模拟信号的抖动量或者所述抖动控制电路被配置为响应于第一值不等于第二值来增加应用于所述第一模拟信号的抖动量。
2.根据权利要求1所述的Delta-Sigma调制器，其中，所述抖动控制电路被配置为从抖动信号、抖动基准和数字信号获得抖动量。
3.根据权利要求1所述的Delta-Sigma调制器，还包括：
环路滤波器电路，被配置为产生第二模拟信号，以及
求和电路，被配置为从所述第二模拟信号和抖动量获得所述第一模拟信号。
4.根据权利要求3所述的Delta-Sigma调制器，还包括：
差分电路，被配置为从输入信号、基准信号和数字信号获得第三模拟信号；
其中，所述环路滤波器电路被配置为使用所述第三模拟信号来产生第二模拟信号。
5.根据权利要求3所述的Delta-Sigma调制器，其中，所述环路滤波器电路包括多个滤波器。
6.根据权利要求3所述的Delta-Sigma调制器，其中，所述环路滤波器电路包括多个积分器。
7.一种用于Delta-Sigma调制器中调节抖动的方法，包括：
使用环路滤波器电路来产生第一模拟信号；
根据第一模拟信号产生数字信号，其中所述数字信号的低频部分随着所述第一模拟信号的强度而变化；
使用所述数字信号来调节应用于所述第一模拟信号的抖动量；
响应于所述数字信号的低频内容的减少来增加应用于所述第一模拟信号的抖动量；
响应于所述数字信号的低频内容的增加来减少应用于所述第一模拟信号的抖动量；以及
通过将所述数字信号的当前值与所述数字信号的先前值进行比较来调节应用于所述第一模拟信号的抖动量；
其中，响应于当前值等于先前值来减少应用于所述第一模拟信号的抖动量或者响应于当前值不等于先前值来增加应用于所述第一模拟信号的抖动量。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
使用抖动量来产生数字信号。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将抖动量加到第一模拟信号，以产生数字信号。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括：
使用量化器来产生数字信号。
11.根据权利要求7所述的方法，还包括：
根据输入电压、基准电压和数字信号产生第二模拟信号；以及
根据所述第二模拟信号产生第一模拟信号。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
响应于输入电压的减小而增加抖动量。
13.一种通信装置，包括：
天线，被配置为接收模拟输入信号；
移动通信子系统，被配置为使用所述天线与远程主机进行通信，并包括模数转换器ADC；以及
输入/输出子系统，被配置为与所述移动通信子系统进行通信；
其中，所述模数转换器包括根据权利要求1所述的Delta-Sigma调制器，该Delta-Sigma调制器被配置为使用所述模拟输入信号来产生数字信号，以及所述Delta-Sigma调制器包括被配置为使用所述数字信号来调节抖动量的抖动控制电路。
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