CN1147992C - 一种模拟抖动信号发生方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟抖动信号发生方法及其装置。本发明的方法包括如下步骤：a.利用运算放大器产生噪声；b.将该噪声进行放大；c.对噪声信号进行衰减；d.对经衰减的后的噪声信号进行低通滤波；e.将经低通滤波后的噪声信号耦合输出。利用本发明的方法具有成本低、电路简单的特点。同时，本发明还提供一种与该方法相对应的模拟抖动信号发生装置。

Description

一种模拟抖动信号发生方法及其装置

本发明涉及一种噪声信号的发生方法及其装置，尤其涉及模拟抖动信号发生方法及其装置，适用于高速模数转换系统中提高输出信号的无杂散动态范围(SFDR)。

随着通信技术和服务的快速发展，数字接收机正得到越来越多的应用。无论应用于宽带还是窄带，其模数转换器(ADC)的无杂散动态范围(SFDR)都是影响其性能的关键。现在的高速模数转换器常采用多级变换器结构。尽管其最差的微分非线性(DNL)误差一般很小，但由于其采用多级转换方案，其级间的不匹配非线性误差集中在某些区域，从而使模数转换器的无杂散动态范围在某些输入幅度值时较差。“加DITHER(抖动)”就是在模数转换器的模拟输入端叠加上一种高斯噪声，使输入信号的幅度呈现高斯特性，因此可以使模数转换器的微分非线性误差随机化，这时所有数字码的微分非线性误差出现得更加相同和一致，不再在某些固定区域重复出现。由于微分非线性误差的分布得到随机化，可以使模数转换器的无杂散动态范围值大大改善。

在现在的产生抖动信号的方法中，利用特殊的噪声二级管作为噪声源，经过多级放大和低通滤波，取得一定幅度的带限噪声作为抖动信号。由于特殊的噪声二极管制造工艺复杂，价格昂贵，供货不足，而且需要加特殊的电源电压，因此使用起来成本较高，同时也增加了电路的复杂性。由于器件存在的个体差异，在批量生产时很难保证抖动信号幅度的一致性，从而影响模数转换器的性能。此外，通过噪声管输出放大产生的抖动信号缺少对峰平比的控制，虽然抖动信号平均功率很小，仍存在少量的尖峰脉冲耦合入模数转换器的输入，使之饱和，造成性能的恶化。

因此，本发明的目的在于提供一种成本低、电路简单的模拟抖动信号发生方法。本发明还提供一种与该方法相对应的装置。

我们注意到，某些通用的宽带运放，具有固定的噪声系数和较高的增益带宽积(GBW)，利用这些运放自身的有源噪声进行放大并进行一系列处理，可以得到适合模数转换器加扰应用的抖动信号。

因此，本发明提供的模拟抖动信号发生方法包括如下步骤：

a.利用运算放大器产生噪声；

b.将该噪声进行放大，并对该噪声进行双向限幅；

c.对噪声信号进行衰减，并可以在衰减步骤之后，对衰减后的噪声信号进行可控增益放大；

d.对经衰减的后的噪声信号进行低通滤波；

e.将经低通滤波后的噪声信号耦合输出。

根据上述目的，本发明还提供一种模拟抖动信号发生装置，包括：

噪声形成和放大电路，用于产生噪声信号；

衰减器，与所述噪声形成和放大电路相连，对以噪声进行衰减；

低通滤波器，与所述衰减器相连，对噪声信号进行低通滤波，获取所需带宽的噪声信号；

耦合电路，与所述低通滤波器相连，将低通滤波器输出的噪声信号耦合给后级的模数转换器；

其特点是，

所述噪声形成和放大电路由多级运算放大器组成；

还包括以下部件，

增益可控放大器，连接在所述衰减器与所述低通滤波器之间，对噪声信号进行增益可控的放大；

限幅器，连接在所述噪声形成和放大电路与衰减器之间，对噪声信号进行双向限幅。

如上所述，本发明的模拟抖动信号发生方法和发生装置利用多级运算放大器中有源器件的噪声来产生抖动信号，因此，达到了成本低、电路简单的效果。

下面结合附图详细描述本发明的实施例，附图中：

图1是本发明的模拟抖动信号发生方法的流程图；

图2是本发明的模拟抖动信号发生装置的方框图。

下面先根据图1所示的本发明的模拟抖动信号发生方法的流程图，描述本发明的方法。

如图1所示，根据本发明的上述原理，本发明利用运算放大器的有源器件产生噪声(如图1的步骤S10)，然后，对产生的噪声进行放大(步骤S20)。产生噪声的运算放大器可以采用一种具有固定输入噪声电流密度、较高增益带宽积(GBW)的电压反馈型运算放大器。

在放大步骤S20之后，可以对放大后的噪声信号进行限幅(步骤S30)，这种限幅可以采用双向限幅，将噪声幅度限制在一定范围内，以有效地改善噪声信号的峰平比。

步骤S40是对经限幅的噪声信号进行衰减，然后，在步骤S50中对经衰减的噪声信号进行可控增益放大。这里的可控增益放大可以实现0-40dB的可变增益放大，可以根据需要选取放大倍数。如果采用压控放大器来实现可变增益放大，则增益控制信号由处理器提供。

经过增益控制的噪声信号在步骤S60进行低通滤波，低通滤波的作用是获取所需带宽的抖动信号，同时有效抑制其带外噪声，避免带外噪声能量进入模数转换器的模拟前端。最后，在步骤S70将经过上述步骤产生的模拟抖动信号耦合输出。

在上述方法的实施例中，步骤S30和步骤50是可选用的，其中步骤30的限幅步骤是为了解决由于器件的离散性带来的大批量生产时的抖动信号幅度不一致性的问题。而步骤50的增益可控放大步骤则提供了灵活改变所需抖动信号的幅度的优点。

下面参照图2描述实现上述方法的模拟抖动信号发生装置。如图2所示，本实施例的模拟抖动信号发生装置包括：噪声形成及放大电路1、限幅器2、衰减器3、增益可控放大器4、低通滤波器6和耦合电路7，这电路串接形成模拟抖动信号发生装置。

噪声形成及放大电路1采用一种具有固定输入噪声电流密度、较高增益带宽积的电压反馈型运算放大器，组成多级放大电路，将该器件的有源器件噪声经过高增益放大，放大到较大的幅度。该噪声形成及放大电路1实现了图1中步骤S10和S20的工作。

限幅器2采用双向限幅器，将噪声幅度限制在一定范围内，以有效地改善噪声信号的峰平比。

衰减器3可以采用π型电阻衰减网络，对限幅器2输出的噪声幅度进行衰减。

增益可控放大器4可以实现0-40dB的可变增益放大，可以根据需要选取放大倍数。如果采用压控放大器来实现可变增益放大，则增益控制信号由处理器提供。

低通滤波器6的作用是获取所需带宽的抖动信号，同时有效抑制其带外噪声，避免带外噪声能量进入模数转换器的模拟前端。

最后，耦合电路7将最后产生的模拟抖动信号耦合输出，即耦合到模拟转换器的输入端，同时起到将抖动信号与有用模拟信号互相隔离的作用。

对于本实施例的模拟抖动信号发生装置来说，其中的限幅器2以及增益可控放大器4与方法实施例中一样，也是可选用的，其中限幅器2是为了解决由于器件的离散性带来的大批量生产时的抖动信号幅度不一致性的问题。而增益可控放大器4则提供了灵活改变所需抖动信号的幅度的优点。

Claims (6)

1、一种模拟抖动信号发生方法，包括如下步骤：

a.利用运算放大器产生噪声；

b.将该噪声进行放大，并对该噪声进行双向限幅；

c.对噪声信号进行衰减，并可以在衰减步骤之后，对衰减后的噪声信号进行可控增益放大；

d.对经衰减的后的噪声信号进行低通滤波；

e.将经低通滤波后的噪声信号耦合输出。

2、如权利要求1所述的模拟抖动信号发生方法，其特征在于，所述步骤c，对衰减后的噪声信号进行0-40dB范围增益调节的放大。

3、如权利要求1所述的模拟抖动信号发生方法，其特征在于，所述运算放大器为电压反馈型运算放大器。

4、一种模拟抖动信号发生装置，包括：

噪声形成和放大电路，用于产生噪声信号；

衰减器，与所述噪声形成和放大电路相连，对所述噪声进行衰减；

低通滤波器，与所述衰减器相连，对噪声信号进行低通滤波，获取所需带宽的噪声信号；

耦合电路，与所述低通滤波器相连，将低通滤波器输出的噪声信号耦合给后级的模数转换器；

其特征在于，

所述噪声形成和放大电路由多级运算放大器组成；

还包括以下部件，

增益可控放大器，连接在所述衰减器与所述低通滤波器之间，对噪声信号进行增益可控的放大；

限幅器，连接在所述噪声形成和放大电路与衰减器之间，对噪声信号进行双向限幅。

5、如权利要求4所述的模拟抖动信号发生装置，其特征在于，所述增益可控放大器对衰减后的噪声信号进行0-40dB范围增益调节的放大。

6、如权利要求4所述的模拟抖动信号发生装置，其特征在于，所述噪声形成和放大电路中的多级运算放大器为电压反馈型运算放大器。

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