CN1098564C

CN1098564C - 模/数变换装置

Info

Publication number: CN1098564C
Application number: CN98104312A
Authority: CN
Inventors: 上杉充
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1998-01-25
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2018-01-25
Also published as: JPH10215176A; NO980373D0; EP0856947A2; US6100832A; JP3471550B2; NO980373L; EP1265366A1; CN1191417A; EP0856947A3

Abstract

设置具有不同放大系数的多个放大器，接收信号和已放大信号都由A/D变换器取样。选择器从取样信号中选出一个信号，从该信号可极度地获得精确度并在取样时是不饱和的，以便设置一个无需AGC控制和数据变换计算并能获得所需精确度的A/D变换装置。选择逻辑可以利用比较未经放大的取样值或电平等的最大值和绝对值的逻辑和值。

Description

具有高电平接收的模/数变换装置

本发明涉及一种模/数(A/D)变换装置，它能够以减少的比特数量来执行A/D变换，甚至在接收信号电平变化很大时例如在移动通信的情况下也能获得所需的接收性能。

在发送数字信号时，业已建议有各种各样的处理(例如均衡、瑞克接收、排除干扰、检测同步等)可在接收机侧执行，以改善性能。另一方面，为了处理信号，必须由A/D变换器对接收信号取样，而该A/D变换器的比特数量与其造价有直接的关系，据此，增加该A/D变换器的比特数量是不可能的。反之，在比特数量很小时，由于衰落引起电平变化，因而不能获得令人满意的接收性能。

为此，迄今业已开发研制了两种A/D变换装置，以对付接收信号大动态范围的变化。其中一种A/D变换装置使用一个AGC放大器以在该A/D变换的前级控制放大系数来吸收该动态范围。另一种A/D变换器将幅度信息变换成为待A/D变换的对数信息并单独地对相位信息取样，借此，从幅度和相位信息的组合物中再现原始接收信号。现在描述这两种常规的A/D变换装置。

图6示出使用AGC放大器的一种常规的A/D变换装置。在图6中，标号1表示接收信号，它经由一个AGC放大器2和一个A/D变换器3提供到一个解调器4。该AGC放大器2根据接收信号1的电平，改变其放大系数，使其动态范围在该A/D变换器3的输入端处不致过份地增大。据此，甚至在该A/D变换器3的比特数量小时，也能在该解调器4中获得令人满意的解调性能。

图7示出另一种常规的A/D变换装置，其中，接收信号被转换成为对数信号以便于取样。在图7中，标号11表示接收信号，它经由一个限幅器放大器12、一个相位检测器13和一个幅度检测器14提供到一个解调器15。该限幅器放大器12是一个放大器，用于将接收信号11整形成为具有固定幅度的信号，而不管该接收信号11的幅度如何；该限幅器放大器12的输出信号缺幅度信息，但保留相位信息。为此，在相位检测器13中可以获得相位。另一方面，该限幅器放大器12分别地输出其幅度基本上是对数的信号，该信号由该幅度检测器(即是一种通常的A/D变换器)来取样。由于该幅度已被变换成为对数信号，因而即使在接收信号的动态范围很宽时也能以减少比特数量的A/D变换器来获得所需的精确度。最后，该解调器15从该相位检测器13的取样值和该幅度检测器14的取样值中精确地再现该接收信号11，并利用该再现的结果执行解调，借此，得到令人满意的解调性能。

在使用该AGC放大器的方法中，利用模拟信号或数字控制的环路作为对放大系数控制是已知的。然而，任何控制方法都不能充分地控制一种突然产生的短脉冲信号，现有一种最佳解决方案的控制方法，例如反馈信号的电平和时间常数的检测方法，是不同的，它取决于衰落的节距或线路的状态。据此，存在以下问题，即在所有的工况下都很难实现所需的操作，况且还需要很多的模拟电路。

再则，在将接收电平变换成为待取样的对数电平的方法中，获得了相位信息和幅度信息，为了从该相位和幅度信息再现原始信号需要大量计算，并且在相位信息与幅度信息之间往往存在一个时间差。尤其是，在符号率大时，往往会发生性能劣化。

为了解决上述问题，根据本发明设有多个放大器，具有多个放大系数，相互并行地设置，在每个信号取样之后选择出从中可获得其解调性能是最令人满意的一个信号。在选择逻辑中，选择一个具有最高有效位的信号，其内数据被设定得直到多个A/D变换器都不饱和时为止。于是，可以选择出从中可获得其解调性能是最令人满意的一个取样数据，甚至在一个突然产生的短脉冲信号时或者在任何线路工况的情况下。此外，该选出的数据还可用于处理信号，而如同原来的情况并且不需要变换该数据。再则，由于无需变换，因而不存在功能劣化的问题，例如在相位信息与幅度信息之间所发生的时间差的问题。还有，该A/D变换器以时分方式使用，借此，消除了电路的定标度。

根据本发明，该A/D变换装置包括：多个放大器，用以以不同的放大系数来放大该接收信号；多个A/D变换器，用以A/D变换已放大的信号和该接收信号；一个选择器，在A/D变换时从取样信号中选择出从中可极度地获得精确度的一个信号；以及一个解调器，用以解调该选出的信号，于是，甚至在接收信号的电平变化很大时，也能获得所需的接收性能。

根据本发明，该A/D变换装置包括：多个最大值检测器和缓存器，相互并联连接在该A/D变换器与该选择器之间，借此，根据该A/D变换的最大值可确定出由该选择器所选择的取样信号，甚至在接收信号电平变化很大时，也能获得所需的接收性能。

根据本发明，该A/D变换装置包括：多个绝对值计算器和逻辑和值计算器，相互串联连接在该A/D变换器与该选择器之间，以及多个缓存器，并联连接到该串联连接电路，借此，根据该A/D变换信号的绝对值的逻辑和值，可以确定由该选择器所选择的取样信号，甚至在接收信号的电平变化很大时也能获得所需的接收功能。

根据本发明，该A/D变换装置包括：多个幅度比较器，并联连接到该A/D变换器上；以及缓存器，连接在该A/D变换器与该选择器之间，借此，根据未经A/D变换的信号的电平，可以确定由该选择器所选择的取样信号，甚至在接收信号电平变化很大时，也能获得所需的接收性能。

根据本发明，该A/D变换装置包括：多个放大器，用以以不同的放大系数来放大该接收信号；一个或两、三个A/D变换器，在利用一个模拟转换器来转接已放大的信号和接收信号时，用以A/D变换该已放大的信号和接收信号；多个缓存器，在利用一个数字转换器来转接该A/D变换信号时，用以暂时存储该A/D变换信号；一个选择器，用以从该缓存器所产生的信号中选择出从中可获得其解调性能是最令人满意的一个信号；以及一个解调器，用以解调所选出的信号，借此，甚至在接收信号电平变化很大时，也能获得所需的接收性能。

图1示出根据本发明的第一实施例的A/D变换装置的方框图。

图2示出根据本发明的第二实施例的A/D变换装置的方框图。

图3示出根据本发明的第三实施例的A/D变换装置的方框图。

图4示出根据本发明的第四实施例的A/D变换装置的方框图。

图5示出根据本发明的第五实施例的A/D变换装置的方框图。

图6示出一种常规的A/D变换装置例子的方框图。

图7示出另一种常规的A/D变换装置例子的方框图。

现在结合图1至5来描述本发明的实施例。

实施例1：

图1示出根据本发明的第一实施例的A/D变换装置的方框图。在图1中，标号101表示接收信号；标号102和103表示固定的放大器，它们分别以不同的放大系数来放大该接收信号101；标号104-106表示A/D变换器，用以分别地将由放大器102、103所放大的输出信号以及该接收信号101变换成为数字信号；标号107表示选择器，在A/D变换时从取样信号中选择出一个从中可极度获得其精确度的信号；以及标号108表示解调器，利用由选择器107所选出的该信号执行解调。

现在描述第一实施例的操作情况。接收信号101由固定放大器102和103分别以不同的放大系数来放大，已放大的模拟信号由A/D变换器104、105变换成为数字信号。该接收信号101还直接提供给A/D变换器106来变换成为数字信号。在已经A/D变换的信号之中，有一个信号是可从其中极度地获得其精确度并在A/D变换器中在取样时是不饱和的，该信号要从选择器107中选出，该选出的信号再由解调器108来解调。

虽然在第一实施例中接收信号101被变换成为例如三种不同的电平，但电平的个数不受此限制，可以采用任何电平数量。例如，假设固定放大器102的放大系数为40db和固定放大器103的放大系数为20db。在接收信号101具有大电平时，A/D变换器104和105饱和，以致在使用具有上述数据的放大器时也不可能获得令人满意的接收性能。然而，由于A/D变换器106对未经放大的信号取样，因而在不饱和时可以获得令人满意的接收性能。相反，在接收信号101具有小电平时，A/D变换器105和106不饱和，由于量化误差太大因而不能获得令人满意的解调性能，可是，A/D变换器104可以以令人满意的精确度取样该信号，由于量化误差小因而可以获得令人满意的解调性能。当接收信号101具有在上述二种电平之间的中间电平时，A/D变换器105的取样信号变为一个最佳信号。选择器107选出该取样信号(从中可获得的解调性能被判定是最令人满意的)，并将该信号提供给解调器108来解调该信号。

在第一实施例中，由于使用了两个放大器102和103并且它们的放大系数变化20db，因而这个实施例总体上能够对付60db的动态范围。在单个A/D变换器的情况下，与实现解调性能所必需的比特数量相比，极度地需要10个比特；然而，如果对该实施例的每个A/D变换器提供20db的动态范围，或者说，如果A/D变换器极度地提供4比特，则该实施例的A/D变换器可以令人满意地工作。

如上所述，根据第一实施例，该接收信号由具有不同放大系数的多个放大器来放大，并将已放大的信号和该接收信号都变换或为数字信号。再从取样信号中选出可从其中极度地获得精确度的信号。据此，甚至在接收信号电平变化大时也能获得所需的接收性能。

第二实施例：

图2示出根据本发明的第二实施例的A/D变换装置的方块图。在图2中，标号201表示接收信号；标号202和203表示固定放大器，它们分别以不同的放大系数放大该接收信号；标号204、205和206表示A/D变换，用以将已放大的模拟输出信号和该接收的模拟信号201变换成为数字信号，标号207、209和211表示最大值检测器，它们每个分别地检测出A/D变换器204、205和206的输出信号中具有最大值的一个信号；标号208、210和212表示缓存器，分别存储A/D变换器204、205和206的输出信号；标号213表示选择器，从最大值检测器207、209和211以及缓存器208、210和212的输出信号中选出具有最大值的一个信号；以及标号214表示解调器，利用该选择器213所选出的信号来执行解调。

现在描述第二实施例的操作情况，第二实施例与图1所示的第一实施例不同之处在于，最大值检测器207、209和211以及缓存器208、210和211相互并联连接在A/D变换器204、205和206与选择器213之间。第二实施例的操作与第一实施的操作基本相同，但除了选择器213所选出的取样信号是在A/D变换之后从具有最大值的信号中确定的以外。

在第二实施例中，将接收信号变换成为例如三种不同的电平，但电平数量不受此限，可以采用任何的电平数量。例如，假设固定放大器的放大系数为40db和固定放大器203的放大系数为20db。当接收信号201具有大电平时，A/D变换器204和205饱和，以致于甚至在使用具有上述数据的放大器时也不能获得令人满意的接收性能；可是，由于A/D变换器206对未经放大的该接收信号取样，因而在不饱和时也能获得令人满意的接收性能。反之，在接收信号201具有小电平时，A/D变换器205和206不饱和，但由于量化误差太大因而不能获得令人满意的解调性能，可是，由于A/D变换器204以令人满意的精确度对信号取样，以致于由于量化误差小因而能够获得令人满意的解调性能。在该接收信号具有上述两种电平之间的中间电平时，A/D变换器205的取样信号就变为一个最佳信号。

为了能使选择器213选出这种最佳信号，将A/D变换器204、205和206的输出信号一经分别地存入缓存器208、210和212中，与此同时，最大值检测器207、209和211就能分别地检测出具有最大值的已经A/D变换的信号。由于借助于检查最大值而判定该信号是否饱和，因而该选择器213可以执行正确的选择。

如上所述，根据第二实施例，由于选择器213所选出的取样信号是从具有最大值的已经A/D变换的信号中确定的，因而甚至在接收信号电平变化大时也能获得所需的接收性能。

实施例3：

图3示出根据本发明的第三实施例的A/D变换装置的方框图。在图3中，标号301表示接收信号；标号302和303表示固定放大器，它们分别以不同的放大系数来放大该接收的信号；标号304、305和306表示A/D变换器，用以将已放大的模拟输出信号和该接收模拟信号301变换成为数字信号；标号307、310和313表示绝对值计算器，用以分别地计算A/D变换器304、305和306的输出信号的绝对值；标号309、312和315表示逻辑和值计算器，用以分别地计算绝对值计算器307、310和313的输出信号的逻辑和值；标号308、311和314表示缓存器，用以分别地暂存A/D变换器304、305和306的输出信号；标号316表示选择器，用以从逻辑和值计算器309、312和315以及缓存器308、311和314的输出信号中选出在A/D变换之后、从中可获得最令人满意的解调性能的一个信号；以及标号317表示解调器，利用选择器316所选出的信号来执行解调。

现在描述第三实施例的操作情况。第三实施例与图1所示的第一实施例的不同之处在于，绝对值计算器307、310和313与逻辑和值计算器309、312和315分别地串联连接在A/D变换器304、305和306与选择器316之间，并且缓存器308，311和314与上述串联连接电路并联连接。据此，第三实施例的操作基本上与第一实施例的操作相同，但除了选择器316所选择的取样信号是从A/D变换的绝对值的逻辑和值确定的以外。

在第三实施例中，将接收信号301变换成为例如三种不同的电平，但电平数量不受此限，可以采用任何的电平数量。例如，假设固定放大器302的放大系数为40db和固定放大器303的放在系数为20db。当接收信号301具有大电平时，A/D变换器304和305饱和，以致于甚至在使用具有上述数据的放大器时也不能获得令人满意的接收性能，可是，由于A/D变换器306对未经放大的该接收信号取样，故而在不饱和时也能获得令人满意的接收性能。相反，在接收信号301具有小电平时，A/D变换器305和306不饱和，但由于量化误差太大，因而不能获得令人满意的解调性能，可是，A/D变换器304能以令人满意的精确度取样该信号，以致于由于量化误差小因而可以获得令人满意的解调性能。当接收信号具有上述两种电平之间的中等电平时，A/D变换器305的取样信号就变为一个最佳的信号。

为了能使选择器313选出这种最佳信号，A/D变换器304、305和306的输出信号一经分别地存入缓存器308、311和314，与此同时，绝对值计算器307、310和313就分别地计算出A/D变换信号的最大值。还有，逻辑和值计算器309、312和315计算出该最大值的逻辑和值。由于通过检查该逻辑和值是否设定为1来判定该信号是否饱和，因而该选择器316可以执行正确的选择。

如上所述，根据该第三实施例，由于选择器316所选出的取样信号是根据该A/D变换信号的绝对值的逻辑和值而确定的，因而甚至在接收信号变化大时也能获得所需的接收性能。

实施例4：

图4示出根据本发明的第四实施例的A/D变换装置的方框图。在图4中，标号401表示接收信号；标号402和403表示固定放大器，它们分别地以不同的放大系数来放大该接收信号401；标号404、407和410表示A/D变换器，用以将已放大的模拟输出信号和该接收模拟信号变换成为数字信号；标号405、408和411表示幅度比较器，用以分别地检测出该固定放大器402和403的输出信号电平和该接收信号401的信号电平；标号406、409和412表示缓存器，用以分别地暂存该A/D变换器404、407和410的数字输出信号；标号413表示选择器，用以从幅度比较器405、408和411以及从缓存器406、409和412中选出在A/D变换之后可从其中获得最令人满意的解调性能的一个信号，标号414表示解调器，利用该选择器413所选择的信号来执行解调。

现在描述第四实施例的操作情况。第四实施例与图1所示的第一实施例的不同之处在于：幅度比较器405、408和411分别并联地连接到A/D变换器404、407和410，而缓存器406、409和412分别地连接在A/D变换器404、407和410与该选择器413之间。据此，第四实施例的操作情况基本上与第一实施例的操作情况相同，但除了选择器413所选择的取样信号是根据未经变换到数字信号的那些信号的电平来确定的以外。

在第四实施例中，将该接收信号401变换成为例如三种不同的电平，但是电平的数量不受此限制，可以采用任何的电平数量。例如，假定该固定放大器402的放大系数为40db和固定放大器403的放大系数为20db。当接收信号401具有大电平时，A/D变换器404和407饱和，以致于甚至在使用具有上述数据的放大器时也不能获得令人满意的接收性能。可是，由于A/D变换器410对未经放大的信号取样，因而在不饱和时可以获得令人满意的接收性能。相反，在接收信号401具有小电平时，A/D变换器407和410不饱和，但由于量化误差太大，因而不能获得令人满意的解调性能，可是，A/D变换器404能够以令人满意的精确度对该信号取样，以致于由于量化误差小因而可以获得令人满意的解调性能。当接收信号401具有在上述两种电平之间的中间电平时，A/D变换器407的取样信号就变为一个最佳信号。

为了能使该选择器413选出这种最佳信号，A/D变换器404、407和410的输出信号一经分别地存入缓存器406、409和412，与此同时，一进行A/D变换，幅度比较器405、408和411就将该幅度值与一个参考电平相比较，以检查该幅值超过该参考电平的概率。由于通过检查概率来确定该信号是否饱和，因而该选择器413可以执行正确的选择。

如上所述，根据第四实施例，由于选择器413所选择的取样信号是根据未经变换成为数字信号的那些信号的电平来确定的，因而甚至在接收信号的电平变化大时也能获得所需的接收性能。

第五实施例：

图5示出根据本发明的第五实施例的A/D变换装置的方框图。在图5中，标号501表示接收信号；标号502和503表示固定放大器，它们分别地以不同的放大系数来放大该接收信号501；标号504表示模拟转接器，用以转接已放大信号和该接收信号501；标号505表示A/D变换器，用以将该模拟转接器所转接的模拟信号变换成为数字信号；标号506表示数字转换器，用以转接由该A/D变换器505所变换的数字信号；标号507、508和509表示缓存器，用以暂存由该数字转接器506所转接的信号；标号510表示选择器，用以从该缓存器507、508和509所产生的信号中选出从中可最令人满意地实现解调性能的一个信号；以及标号511表示解调器，用以解调该选出的信号。

现在描述第五实施例的操作情况。第五实施例与图1所示的第一实施例的不同之处在于：接收信号501和由具有不同放大系数的放大器502和503所放大的信号借助于模拟转接器504，可都由A/D变换器505变换成为数字信号，再借助于数字转接器506将其分别地分配给各自相应的缓存器507、508和509。

在第五实施例中，接收信号被变换成为例如三种不同的电平，但电平的数量不受此限，可以采用任何电平数量。例如，假定固定放大器502的放大倍数为40db和固定放大器503的放大系数为20db。在此例中，提供给A/D变换器505的输入信号借助于模拟转接器504来转接，借此，可按照时分方式取样该输入信号，从该A/D变换器505所产生的输出信号再借助于数字转接器506以与A/D变换器505的输出信号同步地分配给缓存器507、508和509，借此，减少了A/D变换器505的数量。当接收信号501具有大电平时，由固定放大器502和503所放大的信号在该A/D变换器505中是饱和的，甚至使用上述数据的放大器时也不能获得令人满意的接收性能，但是使用了未经放大的该接收信号，因而可获得令人满意的接收性能。反之，在接收信号501具有小电平时，由固定放大器503所放大的信号和未经放大的该接收信号在A/D变换器505都是不饱和的，可是由于量化误差太大，因而不能获得令人满意的解调性能。然而，由固定放大器502所放大的信号是以足够的精确度取样的，并且由于量化误差小，因而可以获得令人满意的解调性能。当该接收信号501具有在上述两种电平之间的中间电平时，由固定放大器503所放大的信号就变成一个最佳的信号。选择出从中所获得的解调性能被判定是最令人满意的取样信号，以提供给该解调器来执行解调。

如上所述，根据第五实施例，由于接收信号是由具有不同放大系数的放大器放大的，并且已放大信号借助于模拟转接器504转接后而在A/D变换器505中变换成为数字信号，因而A/D变换器的数量可以减少，从而能够实现价廉的A/D变换装置。在此实施例中，虽然A/D变换器的数量是1个，但在使用多个固定放大器时，固定放大器的数量可增加到一个不可缩减的最小值。

根据本发明，从上述的这些实施例可以看出，在接收电平变化大时，如在移动通信的情况下，甚至对于突然产生的短脉冲信号也能获得令人满意的解调性能，而不管在信号处理可以减少的情况下线路工况和计算量(例如数据变换计算)如何。因而可以实现价廉、优质且无由于数据变换而引起的劣化的A/D变换器。

Claims

1.一种A/D变换装置，其特征在于，包括：多个放大器，用于以不同的放大系数来放大已接收的信号；多个A/D变换器，用以对来自在所述的放大器的已放大的信号和所述的接收信号进行A/D变换；一个选择器，根据一个精确度的标准从所述的A/D变换器输出的取样信号中选出一个信号；以及一个解调器，用以解调该选出的信号。

2.根据权利要求1所述的A/D变换装置，其特征在于，还包括：最大值检测器和缓存器，相互并联地连接在所述的A/D变换器与所述的选择器之间，其中所述的选择器根据A/D转换的最大值从所述的取样信号中选出所述的信号。

3.根据权利要求1所述的A/D变换装置，其特征在于，还包括：绝对值计算器和逻辑和值计算器，串联地连接在所述的A/D变换器与所述的选择器之间，以及缓存器，并联地连接到所述的串联连接电路上，其中所述的选择器根据所述的A/D变换信号的绝对值的逻辑和值从所述的取样信号中选出所述的信号。

4.根据权利要求1所述的A/D变换装置，其特征在于，还包括：幅度比较器，与所述的A/D变换器并联连接，以及缓存器，连接在所述的A/D变换器与所述的选择器之间，其中所述的选择器根据未经A/D变换的信号的电平从所述的取样信号中选出所述的信号。

5.根据权利要求1所述的A/D变换装置，其特征在于，所述的A/D变换器输出的信号和所述的已选出的信号具有相同的比特分辨率。

6.一种A/D变换装置，其特征在于，包括：多个放大器，用于以不同的放大系数来放大已接收的信号；至少一个A/D变换器，用以在所述的已放大信号借助于一个模拟转接器转接时对来自所述放大器的已放大信号和所述的已接收的信号进行A/D变换；多个缓存器，用以在所述的已放大信号借助于一个数字转接器转接时暂存已A/D变换的信号；一个选择器，用以根据解调性能的标准从所述的缓存器所产生的信号中选出一个信号；以及一个解调器，用以解调该选出的信号。