CN104954025B - 降低三角积分调变的交互调变噪声的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低三角积分调变的交互调变噪声的装置。所述装置包含一调整单元、一加法器和一数字转模拟电路。所述数字转模拟电路包含一三角积分调变器和一滤波器。所述调整单元接收一输入数据，和判断所述输入数据的振幅小于一临界值时，产生一调整信号。所述加法器接收所述输入数据和所述调整信号，以输出所述输入数据的振幅以及所述调整信号的振幅的和。所述数字转模拟电路接收所述和，以产生一模拟输出信号。所述三角积分调变器根据所述和，产生一三角积分调变信号，所述滤波器根据所述三角积分调变信号，产生所述模拟输出信号。因此，相较于现有技术，本发明在降低三角积分调变的交互调变噪声时并不会大幅增加装置的复杂度与成本。

Description

降低三角积分调变的交互调变噪声的装置

技术领域

本发明涉及一种降低三角积分调变的交互调变噪声的装置，尤其涉及一种利用调整信号以降低三角积分调变的交互调变噪声的装置。

背景技术

在数字转模拟电路接收一数字数据后，数字转模拟电路可对数字数据进行三角积分调变和滤波以产生一相对应的模拟输出信号。

当数字转模拟电路通过三角积分调变器对数字数据进行三角积分调变时，数字转模拟电路内的一些非线性电路(例如是滤波器)会产生交互调变(inter-modulation)，使得不必要的噪声由高频折回低频，而严重干扰人耳能听见的波段范围(0-20KHz)内的信号。

发明内容

本发明的第一实施例公开一种降低三角积分调变的交互调变噪声的装置包含一调整单元、一加法器和一数字转模拟电路，其中所述数字转模拟电路包含一三角积分调变器和一滤波器。所述调整单元是用以接收一输入数据，以及判断所述输入数据的振幅小于一临界值时，产生一调整信号。所述加法器是耦接于所述调整单元，用以接收所述输入数据和所述调整信号，以输出所述输入数据的振幅以及所述调整信号的振幅的和。所述数字转模拟电路是耦接于所述加法器，用以接收所述和，以产生一模拟输出信号，其中所述三角积分调变器根据所述和，产生一三角积分调变信号，以及所述滤波器根据所述三角积分调变信号，产生所述模拟输出信号。

附图说明

图1是本发明的第一实施例说明一种降低三角积分调变的交互调变噪声的装置的示意图。

图2是说明当装置不具有调整单元时，三角积分调变信号能量与频率的示意图。

图3为说明当装置具有调整单元时，三角积分调变信号能量与频率的示意图。

图4是说明对应图2的模拟输出信号能量与频率的示意图。

图5为说明对应图3的模拟输出信号能量与频率的示意图。

图6是本发明的第二实施例说明一种降低三角积分调变的交互调变噪声的方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100 装置

102 调整单元

103 加法器

104 数字转模拟电路

1042 三角积分调变器

1044 滤波器

C 调整信号

AOS 模拟输出信号

ID 输入数据

SDMS 三角积分调变信号

500-514 降低三角积分调变的交互调变噪声的方法的各个步骤

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明的第一实施例说明一种降低三角积分调变的交互调变噪声的装置100的示意图。装置100包含一调整单元102、一加法器103和一数字转模拟电路104，其中数字转模拟电路104包含一三角积分调变器1042和一滤波器1044。调整单元102是用以根据式(1)和一输入数据ID的振幅，判断输入数据ID的振幅小于一临界值时，产生一调整信号C，其中调整信号C是一数字调整信号，且输入数据ID是一数字信号或一模拟信号(当输入数据ID是一数字信号时，调整单元102是一位数值比较器；当输入数据ID是一模拟信号时，调整单元102是一模拟电压/电流比较器)：

其中K是临界值、fs是装置100的三角积分调变的过采样频率(oversamplingfrequency)，BW(例如20KHz)代表以二分之一过采样频率为中心的波段宽度(fs=Fn*OSR，Fn为奈奎斯特率(Nyquist rate))，以及OSR为过采样率(over-sampling rate)，q则是装置100的三角积分调变的量化步阶(quantized step size，q=1/2^m，且m为数字转模拟电路104所使用的位数(bit-number))，以及n是大于1的整数(例如n等于2)。

以输入数据ID为一数字音频数据为例，输入数据ID的波段范围将落在0-20KHz，其中0-20KHz的波段范围为人耳可接受的波段范围。为了避免在人耳可接受的波段范围内出现噪声，本发明设定波段BW为20KHz。例如，

当Fn为40KHz，OSR为64，数字转模拟电路104所使用的位数为10，量化步阶q为1/2¹⁰，且n为2，则根据式(1)，临界值K为1/(64*2¹⁰)伏特。另外，如果当输入数据ID的振幅为1/(128*2¹⁰)伏特时，此时调整单元102判断输入数据ID的振幅小于临界值K。为了使输入数据ID的振幅不小于临界值K，调整单元102会提供调整信号C，以使输入数据ID的振幅与调整信号C的振幅的和不小于临界值K。因此，当输入数据ID的振幅为1/(128*2¹⁰)伏特时，调整信号C的振幅必须至少为1/(128*2¹⁰)伏特，以避免高频反折噪声进入人耳可接受的波段范围内。

如图1所示，数字转模拟电路104包含三角积分调变器1042和滤波器1044。加法器103耦接于调整单元102，用以将输入数据ID的振幅和调整信号C的振幅相加后输出。三角积分调变器1042则接收加法器103所输出的输入数据ID的振幅和调整信号C的振幅的和，以及根据输入数据ID的振幅和调整信号C的振幅的和，产生一三角积分调变信号SDMS。滤波器1044耦接于三角积分调变器1042。滤波器1044对三角积分调变信号SDMS滤波后，产生一模拟输出信号AOS。在装置100中，滤波器1044是一低通滤波器，用以增加三角积分调变信号SDMS的增益，以及滤除三角积分调变信号SDMS的高频部分，以产生模拟输出信号AOS。

请先参考图1，若装置100不具有调整单元102的情况下，三角积分调变器1042将直接接收输入数据ID，即三角积分调变器1042仅根据输入数据ID产生三角积分调变信号SDMS。请接着参考图2，图2是说明当装置100不具有调整单元102时，三角积分调变信号SDMS能量与频率的示意图。当输入数据ID经过三角积分调变器1042调变时，三角积分调变器1042会在二分之一过采样频率的附近产生高能量的高频噪声(high powered tones)。此例中的为3200KHz，BW为20KHz。因此，三角积分调变器1042所输出的三角积分调变信号SDMS在二分之一过采样频率的附近会带有高能量的高频噪声。因此，请参考图4，图4是说明对应图2的模拟输出信号AOS能量与频率的示意图。由于滤波器1044为非线性电路，三角积分调变信号SDMS受滤波器1044的非线性效应，产生交互调变的影响，使得三角积分调变信号SDMS的高频噪声折回低频。三角积分调变信号SDMS经由滤波器1044后，落在以二分之一过采样频率为中心的波段BW内的高频噪声，将折回低频且反应在滤波器1044所输出的模拟输出信号AOS上。重要的是，被折回低频的高频噪声将落在人耳可听到的波段范围(0-20KHz)内。

请参考图3，图3为说明装置100具有调整单元102时，三角积分调变信号SDMS能量与频率的示意图，调整单元102判断输入数据ID的振幅小于临界值K时，产生调整信号。在本发明实施例中，调整信号C可以是一直流定值(DC constant)，直流定值的直流准位则根据输入数据ID的振幅来决定(当然直流定值的直流准位也可以为零)。调整信号C可以改变三角积分调变信号SDMS在以二分之一过采样频率为中心的波段BW内的噪声分布。

当输入数据ID的振幅加上调整信号C的振幅后，输入数据ID的振幅加上调整信号C的振幅的和将不小于临界值K。在此情况下，输入数据ID的振幅加上调整信号C的振幅后的信号经过三角积分调变器1042调变后所产生的三角积分调变信号SDMS，三角积分调变信号SDMS的高频噪声将落在以二分之一过采样频率为中心的波段BW外。同理，三角积分调变信号SDMS经由滤波器1044时，由于滤波器属于非线性电路，三角积分调变信号SDMS受滤波器1044非线性效应造成交互调变的影响，而使得三角积分调变信号SDMS的高频噪声折回低频。然而，落在以二分之一过采样频率为中心的波段BW外的高频噪声虽将折回低频且反应在滤波器1044所输出的模拟输出信号AOS上，但上述被折回低频的高频噪声将不会落在人耳可听到的波段BW范围(0-20KHz)内。

但本发明并不受限于输入数据ID是数字音频数据。例如输入数据ID也可为医疗仪器所量测的低频数字数据。此时，调整单元102接收输入数据ID，当调整单元102判断输入数据ID的振幅小于临界值K(如式(1)所示)时，调整单元102会根据判断结果，产生调整信号C。然後数字转模拟电路104会根据输入数据ID以及调整信号C，产生一模拟输出信号AOS。

请参考图5，图5为说明对应图3的模拟输出信号AOS能量与频率的示意图。通过调整信号C改变了此高频噪声于以二分之一过采样频率为中心的波段BW内的分布，也改变了此高频噪声折回低频时的分布，即改变了模拟输出信号AOS其低频噪声的分布。因此，模拟输出信号AOS的低频噪声的分布，将落在人耳可听到的波段范围(0-20KHz)外。

请参照图1和图6，图6是本发明的第二实施例说明一种降低三角积分调变的交互调变噪声的方法的流程图。图6的方法是利用图1的装置100说明，详细步骤如下：

步骤500：开始；

步骤502：调整单元102根据一临界值K和一输入数据ID的振幅，判断输入数据ID的振幅是否小于临界值K；如果是，进行步骤504；如果否，进行步骤512；

步骤504：调整单元102产生一调整信号C；

步骤506：加法器103接收调整信号C和输入数据ID；

步骤508：加法器103输出输入数据ID的振幅与调整信号C的振幅的和；步骤510：三角积分调变器1042根据输入数据ID的振幅与调整信号C的振幅的和，产生一三角积分调变信号SDMS，跳至步骤516；

步骤512：三角积分调变器1042接收输入数据ID；

步骤514：三角积分调变器1042根据输入数据ID的振幅，产生一三角积分调变信号SDMS，进行步骤516；

步骤516：滤波器1044根据三角积分调变信号SDMS，产生一模拟输出信号AOS。

在步骤502中，如图1所示，调整单元102是用以根据临界值K和输入数据ID的振幅，判断输入数据ID的振幅小于临界值K时，产生调整信号C，其中调整信号C是一调整信号且临界值K是根据式(1)所产生。当输入数据ID是一数字音频数据时，输入数据ID的波段范围将落在0-20KHz。但本发明并不受限于输入数据ID是数字音频数据。例如输入数据ID也可为医疗仪器所量测的低频数字数据。如式(1)所示，当输入数据ID的振幅小于临界值K时，调整单元102将会产生调整信号C。因此，在步骤510中，三角积分调变器1042即可根据调整信号C的振幅和输入数据ID的振幅，产生三角积分调变信号SDMS。在步骤512和步骤514中，当调整单元102没有产生调整信号C时，三角积分调变器1042即可直接根据输入数据ID的振幅，产生三角积分调变信号SDMS。在步骤516中，滤波器1044可根据三角积分调变信号SDMS，产生模拟输出信号AOS，其中滤波器1044是一低通滤波器，用以增加三角积分调变信号SDMS的增益，以及滤除三角积分调变信号SDMS的高频部分，以产生模拟输出信号AOS。

综上所述，本发明所公开的一种降低三角积分调变的交互调变噪声的装置是当输入数据的振幅小于临界值时，利用调整单元所产生的调整信号，以使三角积分调变器所产生在靠近二分之一过采样频率为中心的附近噪声落在波段BW的范围之外。如此，三角积分调变信号上靠近二分之一过采样频率为中心的附近噪声即使经过滤波器内的非线性效应后，即高频噪声在被折回低频时，噪声也不会落入人耳所听得到的波段范围内。因此，相较于现有技术，本发明并不会大幅增加装置的复杂度与成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低三角积分调变的交互调变噪声的装置，其特征在于包含：

一调整单元，用以接收一输入数据，以及判断所述输入数据的振幅小于一临界值时，产生一调整信号；

一加法器，耦接于所述调整单元，用以接收所述输入数据和所述调整信号，以输出所述输入数据的振幅以及所述调整信号的振幅的和；及

一数字转模拟电路，耦接于所述加法器，用以接收所述和，以产生一模拟输出信号，其中所述数字转模拟电路包含：

一三角积分调变器，用以根据所述和，产生一三角积分调变信号；及

一滤波器，耦接于所述三角积分调变器，用以根据所述三角积分调变信号，产生所述模拟输出信号；

其中所述临界值是根据下列方程式所产生：

其中：

K是所述临界值；

fs是所述三角积分调变的一过采样频率；

n是大于1的整数；

BW为以二分之一过采样频率为中心的波段宽度；及

q是所述三角积分调变的一量化步阶。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于n等于2。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述输入数据是一数字音频数据。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述波段宽度为20KHz。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述输入数据的振幅与所述调整信号的振幅的和不小于所述临界值。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述输入数据是一低频输入数据。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述滤波器是一低通滤波器。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述调整信号是一直流定值。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述输入数据是一数字信号或一模拟信号，当所述输入数据是所述数字信号时，所述调整单元是一位数值比较器；当所述输入数据是所述模拟信号时，所述调整单元是一模拟电压/电流比较器。