量化噪声整形调制器及量化噪声整形方法技术

本发明专利技术公开了一种量化噪声整形调制器及量化噪声整形方法，用于对信号的量化误差噪声在频域上进行整形，将其频谱搬移至输入信号有用频谱之外。调制器采用了前馈和反馈的结构，通过调制器的前馈回路中系数的设计，可设计成不同调制器的噪声整形滤波器。通过对噪声整形滤波器参数的控制，能调整整形的频域特性和输出信号的输出比特位数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于将模拟信号转换成数字信号、信号量化和用低比特位数的数字信号表示高比特位数的数字信号等应用领域的信号处理技术，特别地，涉及一种。
技术介绍
量化噪声整形的主要目的是重新整形量化噪声谱，从而使大部分噪声落在相关频谱之外。sigma-delta(∑-Δ)调制器就是属于该
，它的提出至今已有40年左右的时间，它在A/D变换、语音处理或其他的数字处理应用领域得到了广泛应用。sigma-delta(∑-Δ)调制器是目前应用最广得一种噪声整形技术。量化噪声整形技术主要有以下四个方面的应用1.用作过采样∑-ΔA/D变换器，目前已有24bit∑-ΔA/D变换器的芯片；2.用于D/A转换器的过采样重新量化器；3.用于重新量化非采样抖动噪声整形，其成功的应用是CD中音频信号的波特比压缩；4.用在数字滤波器中的非过采样舍入噪声整形。传统∑-Δ调制器的缺点是输出信号动态范围宽、工作频带窄。如使用低比特数位数的量化器，在高阶应用时，会引起系统得不稳定性。另外，sigma-delta(∑-Δ)调制器主要用于窄带信号的应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种量化噪声整形器及量化噪声整形方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现一种量化噪声整形调制器，其特征在于，它主要由加法器A1～A(n+1)、累加器C1～Cn、量化器和单位延时器组成；其中，加法器A1、累加器C1、加法器A2、累加器C2……加法器An、累加器Cn依次串连，加法器A(n+1)分别与累加器C1～Cn相连；量化器与加法器相连；单位延时器一端与量化器相连，另一端分别与加法器A1～An相连。一种量化噪声整形的方法，其特征在于，该方法为输入信号x，进入加法器A1，与经由单位延时器的反馈信号相加；相加后的信号进入累加器C1，进行累加操作；经累加器C1处理后的信号分成两路，一路与系数a1相乘后，与加法器A(n+1)的一个输入端相连，另一路进入加法器A2；同样的操作一直到累加器Cn为止；加法器A(n+1)对累加器Ci(i＝1，2，3，...，n)的输出信号与系数ai(i＝1，2，3，…，n)相乘后的信号Ciai进行相加操作；相加的结果由量化器进行量化操作，其结果作为系统的输出y，并经由单位延时器反馈至加法器Ai(i＝1，2，3，...，n)的一个输入端。本专利技术具有如下技术效果能调整量化噪声整形的频域特性和输出信号的比特位数，可使调制器具有较好的噪声整形的频域特性、较低的输出信号的比特位数，反馈支路中加入了单位延时器，使系统可用单相时钟驱动，结构简单、工作速度高。附图说明图1是调制器的原理示意图；图2是本专利技术量化噪声整形调制器的电路图；图3是本专利技术累加器的原理图；图4是本专利技术调制器输出信号频谱比较。具体实施例方式下面结合附图1-3对本专利技术作进一步说明。附图1是调制器的原理示意图，根据该图所设计的调制器，其主要缺点是输出信号直接反馈至输入端，由于反馈是实时的，在具体实现时，在每个工作周期中，需要两个工作节拍来完成所需操作，第一个节拍完成量化操作，第二个节拍完成反馈操作，使得系统的工作频率较低。附图2是本专利技术的量化噪声整形调制器的一个实施例，采用了前馈和反馈的结构，其整形特性与附图1所示的调制器是一致的。如图所示，加法器A1、累加器C1、加法器A2、累加器C2……加法器An、累加器Cn依次串连；加法器A(n+1)分别与累加器C1～Cn相连；量化器与加法器A(n+1)相连；单位延时器一端与量化器相连，另一端分别与加法器A1～An相连。输入信号x，通过加法器A1与经由单位延时器的反馈信号相加；其相加后的信号进入累加器C1，进行累加操作；经累加器C1处理后的信号分成两路，一路与系数a1相乘后，与加法器A(n+1)的一个输入端相连，另一路通过加法器A2继续与经由单位延时器的反馈信号相加，其相加后的信号同样进入累加器C2，进行累加操作；经累加器C2处理后的信号同样分成两路，一路与系数a2相乘后，与加法器A(n+1)的一个输入端相连，另一路通过加法器A3继续与经由单位延时器的反馈信号相加，其相加后的信号同样进入累加器C3，进行累加操作；同样的操作一直到累加器Cn为止。加法器A(n+1)对累加器Ci(i＝1，2，3，...，n)的输出信号与系数ai(i＝1，2，3，...，n)相乘后的信号Ciai进行相加操作；相加的结果由量化器进行量化操作，其结果作为系统的输出y，并经由单位延时器反馈至加法器Ai(i＝1，2，3，...，n)的一个输入端。取量化器的量化步长为ε，量化误差为 由于在反馈支路中加入了单位延时器，使系统可用单相时钟驱动，结构简单、工作速度高。附图2所示的调制器的前馈回路中的系数ai(i＝1，2，3，...，n)的设计必须使调制器满足以下输入输出方程Y(z)=X(z)-E(z)·nbz-1(1-z-1)n1-(1-bz-1)n]]>则调制器的噪声整形滤波器为Hh(z)=nbz-1(1-z-1)n1-(1-bz-1)n]]>其中E(z)为量化器的量化误差信号，Y(z)为调制器的输出信号，X(z)为调制器的输入信号，b为参数。下表1为本专利技术的调制器与传统∑-Δ调制器的输出范围比较。表1 由表1可见，噪声整形滤波器决定了量化噪声整形的特性。本专利技术能够调整量化噪声整形的频域特性和输出信号的比特位数，可使调制器具有较好的噪声整形的频域特性、较低的输出信号的比特位数。附图4为本专利技术的调制器与传统∑-Δ调制器输出信号频谱比较，其中，图4a为本专利技术的调制器的输出频谱图，图4b为传统∑-Δ调制器的输出频谱图。随着系统阶数的增大，本专利技术的调制器(取参数b＝1)输出信号频谱中噪声频谱形状在高频区趋于平坦，近似于白噪声，且其噪声分贝要比传统的低，尤其是到了四阶、五阶时，而传统调制器的输出频谱中高频噪声明显过高。因此，对于本专利技术的调制器，能够通过对噪声整形滤波器参数Hh(z)参数b和n的控制，调整量化噪声整形的频域特性和输出信号的比特位数。一般而言，n越大，能获得越好的量化噪声整形效果，特别在信号的有用频带内，但n增加，会使输出信号的比特位数增长；参数a可用于控制输出信号的输出比特位数的大小、整形的频域特性。噪声整形滤波器Hh(z)参数a和n的选择必须使噪声整形滤波器的极点在单位圆内部，一般情况下，n≤5，|b|≤1。如应用于A/D变换，在具体实现上，加法器Ai和累加器Ci可用开关电容电路技术统一实现，可使系统结构更简单。系统中的累加器按附图3所示原理实现。如要对周期频率为 的信号进行量化噪声整形处理，只要对附图2所示的调制器中的所有单位延时器z-l用z-m代替即可。即所述系数ai(i＝1，2，3，…，N)使调制器满足以下输入输出方程Y(z)=X(z)-E(z)·Nbz-m(1-z-m)n1-(1-bz-m)n,]]>其中E(z)为量化器的量化误差信号，Y(z)为调制器的输出信号，X(z)为调制器的输入信号，b为一参数。上述实施例用来解释说明本专利技术，而不是对本专利技术进行限制，在本专利技术的精神和权利要求的保护范围内，对本专利技术作出的任何修改和改变，都落入本专利技术的保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量化噪声整形调制器，其特征在于，它主要由加法器Ａ１～Ａ（ｎ＋１）、累加器Ｃ１～Ｃｎ、量化器和单位延时器组成；其中，加法器Ａ１、累加器Ｃ１、加法器Ａ２、累加器Ｃ２……加法器Ａｎ、累加器Ｃｎ依次串连，加法器Ａ（ｎ＋１）分别与累加器Ｃ１～Ｃｎ相连；量化器与加法器相连；单位延时器一端与量化器相连，另一端分别与加法器Ａ１～Ａｎ相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于慧敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]