CN212486486U - 一种基于增量调制的模数转换器 - Google Patents
一种基于增量调制的模数转换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212486486U CN212486486U CN202021915200.7U CN202021915200U CN212486486U CN 212486486 U CN212486486 U CN 212486486U CN 202021915200 U CN202021915200 U CN 202021915200U CN 212486486 U CN212486486 U CN 212486486U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- output end
- differential
- integrator
- accumulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于增量调制的模数转换器，包括抗混叠滤波器、增量调制器和数字抽取滤波模块；所述抗混叠滤波器的输入端接收待转换的模拟信号，抗混叠滤波器的输出端与增量调制器连接，所述增量调制器的输出端通过数字抽取滤波模块对外输出得到的数字信号。本实用新型在设计增量调制器时，首先通过第一积分器对输入信号进行积分，使信号高频分量幅度下降，减小信号的斜率，然后再进行增量调制，进而有效避免了信号斜率过载的问题；在设计数字抽取滤波模块时，在高采样率对数据进行多次级联累加操作，紧接着通过降采样的方式进行数据抽取，再进行多次级联的差分操作，实现了数字滤波与抽取的有效结合，并且能够保证数据处理的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及模数转换，特别是涉及一种基于增量调制的模数转换器。
背景技术
在包含Σ-Δ 调制器（也称综合增量调制器）的ADC（Σ-ΔADC）中，对于一个连续信号，如果采样间隔很小，相邻采样点间的信号幅度不会变化太大，若将前后两点的差值进行量化同样可以代替连续信号所含的信息。增量调制器中，量化器用来对两次采样点之间的差值进行量化，并通过积分器则对量化的差值进行求和，以形成最终采样值。增量调制器的量化噪声由两部分构成，即普通量化噪声和过载量化噪声。当采样间隔足够小，信号幅度变化不超过量化台阶Δ时，量化噪声为普通量化噪声。而在一个采样间隔内，信号幅度变化超过量化台阶，也就是存在斜率过载时，积分器无法跟踪信号的变化时，量化噪声为过载噪声，显然，信号的斜率过载是影响增量调制器性能；
同时，对于增量调制器输出的信号，Σ-Δ调制器对量化噪声整形以后，将量化噪声移到所关心的频带以外，整形的量化噪声可采用数字滤波器滤除。在Σ-ΔADC中，常常将抽取与数字滤波结合在一起。这样做可以提高计算效率。众所周知，有限冲击响应(FIR)滤波器简单地对输入采样值进行流动加权平均计算(权值大小分别由滤波器的各个系数决定)。在通常情况下，每一个输入采样值应对应一个滤波器输出。然而，如果希望对滤波器输出进行抽取，即用较低的频率对滤波器输出进行重采样，就没有必要对每一次采样输入都进行滤波输出计算。在这种情况下，只需按抽取的速率进行计算即可，这样可以大大提高计算过程的效率。然而，如果使用无限冲击响应(IIR)滤波器，由于其中含有反馈，因此不能将数字滤波与抽取结合在一起。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于增量调制的模数转换器，能够有效避免信号斜率过载对增量调制器的影响，实现了数字滤波与抽取的有效结合，并保证了数据处理的稳定性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于增量调制的模数转换器，包括抗混叠滤波器、增量调制器和数字抽取滤波模块；
所述抗混叠滤波器的输入端接收待转换的模拟信号，抗混叠滤波器的输出端与增量调制器连接，所述增量调制器的输出端通过数字抽取滤波模块对外输出得到的数字信号。
其中，所述增量调制器包括第一积分器、差分放大器、量化器、第二积分器、微分器、第三积分器、1位的DAC；
所述第一积分器的输入端接入抗混叠滤波器输出的模拟信号，第一积分器的输出端与所述差分放大器的同相输入端连接，差分放大器的输出端与量化器连接，所述量化器的输出端分别与第二积分器和第三积分器连接，所述第三积分器的输出端通过1位的DAC连接到所述差分放大器的反相输入端，所述第二积分器的输出端与微分器连接，由所述微分器对外输出信号，并传输给数字抽取滤波模块。
其中，所述数字抽取滤波模块包括降采样器、累加滤波模块和差分滤波模块；
所述累加滤波模块包括多个级联的累加滤波单元；每一个累加滤波单元均包括加法器和第一低通滤波器；
每一个累加滤波单元中，加法器的第一输入端与连接到该累加滤波单元的信号输入端口，加法器的输出端与第一低通滤波器连接，第一低通滤波器的输出端与该累加滤波单元的信号输出端口连接，所述第一低通滤波器的输出端还与加法器的第二输出端连接；
任意两个相邻的累加滤波单元中，上一个累加滤波单元的信号输出端口与下一个累加滤波单元的信号输入端口连接，第一个累加滤波单元的信号输入端口接收来自增量调制器的信号，最后一个累加滤波单元的输出端口与降采样器连接；所述降采样器的输出端与差分滤波模块连接；
所述差分滤波模块包括多个级联的多个级联的差分滤波单元，每一个差分滤波单元均包括差分器和第二低通滤波器；
每一个差分滤波单元中，第二低通滤波器的输入端和差分器的同相输入端均连接到该差分滤波单元的输入端口，第二低通滤波器的输出端与差分器的反相输入端连接，差分器的输出端连接到该差分滤波单元的输出端口；
任意两个向量的差分滤波单元中，上一个差分滤波单元的输出端口连接到下一个差分滤波单元的输入端口，第一个差分滤波单元的输入端口与降采样器的输出端连接，最后一个差分滤波单元的输出端口对外输出处理后的信号。
本实用新型的有益效果是：本实用新型在设计增量调制器时，首先通过第一积分器对输入信号进行积分，使信号高频分量幅度下降，减小信号的斜率，然后再进行增量调制，进而有效避免了信号斜率过载的问题，在最终结果输出之前，通过微分器对信号进行一次微分后输出，有效补偿了积分引起的频率损失；在设计数字抽取滤波模块时，在高采样率对数据进行多次级联累加操作，紧接着通过降采样的方式进行数据抽取，得到低采样率的信号，再进行多次级联的差分操作，实现了数字滤波与抽取的有效结合，并且能够保证数据处理的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为增量调制器的原理示意图；
图3为数字抽取滤波模块的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于增量调制的模数转换器，包括抗混叠滤波器、增量调制器和数字抽取滤波模块；
所述抗混叠滤波器的输入端接收待转换的模拟信号，抗混叠滤波器的输出端与增量调制器连接，所述增量调制器的输出端通过数字抽取滤波模块对外输出得到的数字信号。
如图2所示，所述增量调制器包括第一积分器、差分放大器、量化器、第二积分器、微分器、第三积分器、1位的DAC；
所述第一积分器的输入端接入抗混叠滤波器输出的模拟信号，第一积分器的输出端与所述差分放大器的同相输入端连接，差分放大器的输出端与量化器连接，所述量化器的输出端分别与第二积分器和第三积分器连接，所述第三积分器的输出端通过1位的DAC连接到所述差分放大器的反相输入端，所述第二积分器的输出端与微分器连接，由所述微分器对外输出信号，并传输给数字抽取滤波模块。
在本申请的实施例中，所述量化器采用锁存比较器，并通过所述锁存比较器实现1位ADC的功能。所述锁存比较器的同相输入端与差分放大器的输出端连接，锁存比较器反相输入端接地，所述锁存比较器的出处端分别与第二积分器和第三积分器连接。所述增量调制器还包括采样时钟输入端口，所述采样时钟输入端口与锁存比较器的时钟端口连接，用于接收外部采样时钟，为所述锁存比较器提供时钟基础。
如图3所示，所述数字抽取滤波模块包括降采样器、累加滤波模块和差分滤波模块；
所述累加滤波模块包括多个级联的累加滤波单元；每一个累加滤波单元均包括加法器和第一低通滤波器；
每一个累加滤波单元中，加法器的第一输入端与连接到该累加滤波单元的信号输入端口，加法器的输出端与第一低通滤波器连接，第一低通滤波器的输出端与该累加滤波单元的信号输出端口连接，所述第一低通滤波器的输出端还与加法器的第二输出端连接；
任意两个相邻的累加滤波单元中，上一个累加滤波单元的信号输出端口与下一个累加滤波单元的信号输入端口连接，第一个累加滤波单元的信号输入端口接收来自增量调制器的信号，最后一个累加滤波单元的输出端口与降采样器连接；所述降采样器的输出端与差分滤波模块连接；
所述差分滤波模块包括多个级联的多个级联的差分滤波单元，每一个差分滤波单元均包括差分器和第二低通滤波器；
每一个差分滤波单元中，第二低通滤波器的输入端和差分器的同相输入端均连接到该差分滤波单元的输入端口，第二低通滤波器的输出端与差分器的反相输入端连接，差分器的输出端连接到该差分滤波单元的输出端口；
任意两个向量的差分滤波单元中，上一个差分滤波单元的输出端口连接到下一个差分滤波单元的输入端口，第一个差分滤波单元的输入端口与降采样器的输出端连接，最后一个差分滤波单元的输出端口对外输出处理后的信号。
本实用新型对于输入的模拟信号，本实用新型首先通过抗混叠滤波器对其进行滤波处理，然后将得到的信号通过第一积分器进行一次积分（相当于低通滤波），使信号高频分量幅度下降，减小信号的斜率，然后再进行增量调制，在最终结果输出之前必然要进行一次微分以补偿积分引起的频率损失；设外部输出的采样时钟为Kfs，则量化器以Kfs采样速率将输入信号转换为由 1 和 0 构成的连续串行位流的调制脉冲；在某一个采样点，量化器输出的信号通过第二微分器传输到微分器，由微分器对外输出；量化器输出的信号同时传输给第三积分器进行积分后，由1位DAC进行转换并反馈到差分放大器的反相输入端，再由差分放大器将反馈的信号与下一个采样点的信号求差值传输给量化器；调制器输出的调制脉冲中已包含有信号幅度的全部信息，表现为调制脉冲的占空比，调制得到的数字信号（调制脉冲）传输给数字抽取滤波模块；数字抽取滤波模块中，累加滤波模块由多个级联的累加滤波单元构成，每一级都对输入数据进行累加，得到的信号送入降采样器中进行降采样，将降采样得到的信号送入差分滤波模块中，差分滤波模块中，经过三次差分处理，得到最终的滤波结果。由于在高采样率对数据进行多次级联累加操作，紧接着通过降采样的方式进行数据抽取，得到低采样率的信号，再进行多次级联的差分操作，实现了数字滤波与抽取的有效结合，并且能够保证数据处理的稳定性。
最后应当说明的是，以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于增量调制的模数转换器，其特征在于：包括抗混叠滤波器、增量调制器和数字抽取滤波模块；
所述抗混叠滤波器的输入端接收待转换的模拟信号，抗混叠滤波器的输出端与增量调制器连接，所述增量调制器的输出端通过数字抽取滤波模块对外输出得到的数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于增量调制的模数转换器，其特征在于：所述增量调制器包括第一积分器、差分放大器、量化器、第二积分器、微分器、第三积分器、1位的DAC；
所述第一积分器的输入端接入抗混叠滤波器输出的模拟信号，第一积分器的输出端与所述差分放大器的同相输入端连接，差分放大器的输出端与量化器连接，所述量化器的输出端分别与第二积分器和第三积分器连接，所述第三积分器的输出端通过1位的DAC连接到所述差分放大器的反相输入端，所述第二积分器的输出端与微分器连接，由所述微分器对外输出信号，并传输给数字抽取滤波模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于增量调制的模数转换器，其特征在于：所述量化器采用锁存比较器，并通过所述锁存比较器实现1位ADC的功能。
4.根据权利要求3所述的一种基于增量调制的模数转换器，其特征在于：所述锁存比较器的同相输入端与差分放大器的输出端连接，锁存比较器反相输入端接地，所述锁存比较器的出处端分别与第二积分器和第三积分器连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于增量调制的模数转换器，其特征在于：所述增量调制器还包括采样时钟输入端口，所述采样时钟输入端口与锁存比较器的时钟端口连接，用于接收外部采样时钟，为所述锁存比较器提供时钟基础。
6.根据权利要求1所述的一种基于增量调制的模数转换器，其特征在于：所述数字抽取滤波模块包括降采样器、累加滤波模块和差分滤波模块；
所述累加滤波模块包括多个级联的累加滤波单元；每一个累加滤波单元均包括加法器和第一低通滤波器；
每一个累加滤波单元中，加法器的第一输入端与连接到该累加滤波单元的信号输入端口，加法器的输出端与第一低通滤波器连接，第一低通滤波器的输出端与该累加滤波单元的信号输出端口连接，所述第一低通滤波器的输出端还与加法器的第二输出端连接；
任意两个相邻的累加滤波单元中，上一个累加滤波单元的信号输出端口与下一个累加滤波单元的信号输入端口连接，第一个累加滤波单元的信号输入端口接收来自增量调制器的信号，最后一个累加滤波单元的输出端口与降采样器连接；所述降采样器的输出端与差分滤波模块连接；
所述差分滤波模块包括多个级联的多个级联的差分滤波单元，每一个差分滤波单元均包括差分器和第二低通滤波器；
每一个差分滤波单元中，第二低通滤波器的输入端和差分器的同相输入端均连接到该差分滤波单元的输入端口，第二低通滤波器的输出端与差分器的反相输入端连接，差分器的输出端连接到该差分滤波单元的输出端口；
任意两个向量的差分滤波单元中，上一个差分滤波单元的输出端口连接到下一个差分滤波单元的输入端口，第一个差分滤波单元的输入端口与降采样器的输出端连接，最后一个差分滤波单元的输出端口对外输出处理后的信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021915200.7U CN212486486U (zh) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 一种基于增量调制的模数转换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021915200.7U CN212486486U (zh) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 一种基于增量调制的模数转换器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212486486U true CN212486486U (zh) | 2021-02-05 |
Family
ID=74449149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202021915200.7U Active CN212486486U (zh) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 一种基于增量调制的模数转换器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212486486U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111900992A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-11-06 | 成都泰格微波技术股份有限公司 | 一种基于增量调制的模数转换器 |
-
2020
- 2020-09-04 CN CN202021915200.7U patent/CN212486486U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111900992A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-11-06 | 成都泰格微波技术股份有限公司 | 一种基于增量调制的模数转换器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3138011B2 (ja) | マルチプル・シグマ−デルタ変調器を有するアナログ・デジタル信号変換器 | |
| CN111900992A (zh) | 一种基于增量调制的模数转换器 | |
| US5369403A (en) | Dual quantization oversampling digital-to-analog converter | |
| TWI660588B (zh) | Δ-σ調製器、類比-數位轉換器和訊號轉換方法 | |
| US9007247B2 (en) | Multi-bit sigma-delta modulator with reduced number of bits in feedback path | |
| US6922161B2 (en) | Delta-Sigma modulator for reducing quantization noise and oversampling ratio (OSR) | |
| US8223051B2 (en) | Multi-bit sigma-delta modulator with reduced number of bits in feedback path | |
| IL121586A (en) | Delta-Sigma converter has a forward bar and a center frequency that can be adjusted | |
| CN106921367B (zh) | 一种sigma delta ADC的数字抽取滤波器 | |
| CN212486486U (zh) | 一种基于增量调制的模数转换器 | |
| EP0624290B1 (en) | Method for cascading sigma-delta modulators and a sigma-delta modulator system | |
| CN117526957B (zh) | 一种最优量化位数的模数转换器 | |
| JP3115264B2 (ja) | デジタル／アナログ変換装置 | |
| JP3115265B2 (ja) | アナログ／デジタル変換装置 | |
| CN212726967U (zh) | 一种用于模数转换器中的数字抽取滤波器 | |
| CN111224669A (zh) | 一种实现宽输入的σ-δ调制器的设计方法 | |
| EP1678832B1 (en) | Delta sigma modulator with integral decimation | |
| CN212969612U (zh) | 一种避免信号斜率过载的增量调制器 | |
| JP3040546B2 (ja) | ノイズシェーピングａ−ｄ変換器 | |
| CN212231429U (zh) | 一种新型的连续时间sigma-delta ADC调制器 | |
| CN114900189B (zh) | 低噪声泄露的mashδς调制器 | |
| Peng et al. | Design of Multi-Rate Digital Filter for Sigma-Delta Adc in Digital Microphone | |
| EP2157700B1 (en) | Delta-sigma analog-to-digital converter circuit and method for analog-to-digital converting | |
| JPH08330968A (ja) | オーバーサンプリング・ディジタル／アナログ変換器及びその補償方法 | |
| Thompson et al. | A monolithic 50 kHz 16-bit A/DD/A converter using sigma-delta modulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |