一种数模转换方法技术

本发明专利技术涉及一种数模转换方法，属于信号处理技术领域。首先对输入的数据进行补偿滤波，经补偿滤波后的数据率与补偿滤波前的数据率相同，补偿滤波后的输出信号；对该输出信号进行内插滤波及数据率上升，最后进行Ｄｅｌｔａ－Ｓｉｇｍａ调制，输出单比特的数据流，对单比特的数据流进行半数字滤波，输出模拟信号；对模拟信号进行模拟低通滤波，输出最后的模拟信号。本发明专利技术方法的优点是，在保证数据转换精度的条件下，减小了内插滤波的时序控制复杂度，因而减少了数模转换器的硬件开销，节省芯片面积，降低生产成本。本发明专利技术中采用的半数字滤波方法，使硬件实现时，不需要电容、电阻等元件，便于与主流的数字工艺兼容，减小了设计复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于信号处理

技术介绍
已有的Delta-Sigma数模转换器以其高精度和与数字系统的良好集成度等特点广泛应用于高品质音频信号处理芯片、多媒体信号处理芯片中。Delta-Sigma数模转换器的原理如图1所示。输入的数字信号(数据速率为fs)进行补偿滤波，滤波之后的信号进行内插滤波，内插滤波后数据速率提高，提高的倍数与数模转换的过采样率(OSR)相同。过采样的数字信号经过Delta-Sigma调制器截断为1位的数据流。这个数据流在信号频带内的信噪比很高，信号截断而产生的量化噪声都搬移到信号频带外。数据流经半数字滤波后转换为模拟信号，这个模拟输出再经过一次模拟滤波成为最终的模拟输出，从而完成了数字信号到模拟信号的转换。上述数模转换中的内插滤波，其性能对整个数模转换的工作性能有着重要影响。内插滤波时，抽头系数的逼近精度决定了滤波的数据转换精度和硬件实现时的复杂程度。在各种无乘法器实现方法中，已有技术大多将系数用2的幂次之和来逼近，即采用系数的基2分解方法，参见Q.Zhao等的“A simple design of FIR filters with powers-of-twocoefficients”，IEEE Trans.Circuit Syst.，vol.35，pp 566-570，May 1988，以及B.R.Horng等的“The design of two-channel lattice structureperfect-reconstruction filter banks using powers of two coefficients”，IEEE Trans.Circuits Syst.I，vol.40，pp.497-499，July 1993。这种单基分解方法具有设计简便，时序控制逻辑简单等优点，但也存在许多实现上的问题。上述基2分解方法的不足之处主要有以下几个方面。第一，基2分解的系数逼近精度较低。为了保证数据的高精度转换，必须使用很长的移位寄存器来存放小量数据，这将大大增加硬件开销并占用更多的芯片面积。通常的数模转换器芯片绝大部分面积被数字内插滤波器占据。第二，不同的系数按基2分解展开的数据格式很不相同，使得这种设计方法缺少通用性，得到的硬件电路结构很不规则，难以进行流程化设计。为了避免上述问题，近年来，人们开始采用多基分解的思路来提高数据转换精度和硬件的规则程度，已有技术参见S.Ghanekar等的“Signal-digit based multiplier-freerealizations for multirate converters”，IEEE Trans.Signal Process.，vol.43，pp.628-639，Mar.1995，以及J.L.Li等的“Multiplier-free realizations for FIRmultirate converts based on mixed-radix number representation”，IEEE Trans.SignalProcess.，vol 45，pp.880-890，April 1997。这种方法可以有效地节省硬件资源，但它往往采用牺牲速度换取精度的做法，时序控制电路比较复杂，数据处理效能较低。同时，这种方法可能将原本简单的数据处理方式复杂化。
技术实现思路
本专利技术提出了，其目的是在保证数据转换精度的同时，尽可能地减小硬件实现时的时序控制复杂度，以降低硬件的生产成本。本专利技术提出的数模转换方法，包括如下步骤(1)对输入的数据x(n)进行补偿滤波，经补偿滤波后的数据率与补偿滤波前的数据率相同，补偿滤波后的输出信号为xc(n)；(2)对上述输出信号xc(n)进行内插滤波，输出信号为xp(n)，内插滤波后的数据率上升，上升倍数与所述数模转换的过采样率相同；(3)对上述内插滤波的输出xp(n)进行Delta-Sigma调制，输出单比特的数据流xd(n)；(4)对上述单比特的数据流xd(n)进行半数字滤波，输出模拟信号xs；(5)对上述模拟信号xs进行模拟低通滤波，输出模拟信号y。上述方法中，对输入数据x(n)进行补偿滤波的方法，包括以下步骤(2-1)连续接收输入的数据信号x(n)，进行延迟寄存，得到一个输入数据信号x(n)的寄存延迟链，延迟链的长度为N，N为奇数；(2-2)将上述寄存延迟链中的第一个信号与最后一个信号相加，得到信号C0(n)，第二个信号与倒数第二个信号相加，得到信号C1(n)，依次类推，得到C2(n)，C3(n)，C(N-3)/2(n)，剩下的中间信号记为C(N-1)/2(n)，C0(n)～C(N-1)/2(n)分别与所述补偿滤波的系数HC0，HC1，HC2，……，HC(N-1)/2相乘，再将所有相乘的结果相加，得到xc(n)。上述方法中，对信号xc(n)进行内插滤波的方法，包括以下步骤(3-1)对补偿滤波的输出信号xc(n)进行第一次半带滤波，将第一次的滤波结果作为第二次滤波的输入，进行第二次半带滤波，共完成四倍的采样率提升；(3-2)对上述采样率提升后的输出信号进行梳值滤波，梳值滤波共完成32倍的采样率提升，得到xp(n)。其中对补偿滤波的输出信号xc(n)进行半带滤波的方法，包括以下步骤(4-1)连续接收补偿滤波的输出信号xc(n)，进行延迟寄存，得到一个寄存延迟链，延迟链的长度为Nf/2+3，其中Nf为半带滤波阶数，Nf/2是奇数；(4-2)将上述寄存延迟链中的第一个信号与最后一个信号相加，得到信号u0(n)，第二个信号与倒数第二个信号相加，得到信号u1(n)，依次类推，直至剩下中间两个信号，中间两个信号两侧的信号相加后记为uM-2(n)，其中M＝(Nf+6)/4，取中间两个信号中靠后的信号值的1/2，作为半带滤波时进行二选一多路选择的第一个输入信号； (4-3)将上述信号u0(n)，u1(n)…uM-2(n)依次进行采样保持、加权求和以及调制累加，得到信号y’(m)；(4-4)将上述信号y’(m)进行抽取和增益缩放，作为半带滤波时二选一多路选择的第二输入信号；(4-5)将上述二选一多路选择的两个输入信号进行周期性交替输出，即为半带滤波的输出信号，交替输出的速率是输入信号速率的2倍。其中对信号u0(n)，u1(n)…uM-2(n)进行采样保持的方法为将信号u0(n)，u1(n)…uM-2(n)分别复制K次，得到v0(m)，v1(m)…vM-2(m)，信号v0(m)，v1(m)…vM-2(m)的速率为信号u0(n)，u1(n)…uM-2(n)的K倍，其中K是半带滤波混合基分解的一个维度，根据半带滤波的混合基分解精度P选取，P=-log2(Cr1-Nr2-(K-1))+1,]]>其中r1，r2是半带滤波混合基分解的两个基底，C是半带滤波混合基分解的归一化因子，N是半带滤波混合基分解的另一个维度，半带滤波混合基分解是对半带滤波系数h(n)进行的分解，即h(n)=Cr1-1Σk=0K-1Σi=0N-1cni(k)r1-ir2-(K-1-k),]]>n＝0，1，…，Nf，其中cni(k)是由半带滤波混合基分解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数模转换方法，其特征在于该方法包括如下步骤：（１）对输入的数据ｘ（ｎ）进行补偿滤波，经补偿滤波后的数据率与补偿滤波前的数据率相同，补偿滤波后的输出信号为ｘｃ（ｎ）；（２）对上述输出信号ｘｃ（ｎ）进行内插滤波，输出信号为ｘ ｐ（ｎ），内插滤波后的数据率上升，上升倍数与所述数模转换的过采样率相同；（３）对上述内插滤波的输出ｘｐ（ｎ）进行Ｄｅｌｔａ－Ｓｉｇｍａ调制，输出单比特的数据流ｘｄ（ｎ）；（４）对上述单比特的数据流ｘｄ（ｎ）进行半数字滤波，输 出模拟信号ｘｓ；（５）对上述模拟信号ｘｓ进行模拟低通滤波，输出模拟信号ｙ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力源，陈润，李冬梅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]