DE69627278T2

DE69627278T2 - Vielfach-Abtastraten-Digitalfilter und Verfahren für einen sigma-delta Konversionsprozess

Info

Publication number: DE69627278T2
Application number: DE69627278T
Authority: DE
Inventors: Girardeau, Jr; David Yatim
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JP3769339B2; EP0778676B1; US5731769A; EP0778676A3; JPH09219645A; DE69627278D1; EP0778676A2

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Umwandlung von Signalen und im Besonderen auf einen verbesserten Datenkonverter und auf ein Betriebsverfahren, das Mehrfachabtastraten zur Verfügung stellt und eine Ausgabe innerhalb eines erwünschten Dynamikbereiches erzeugt.

Hintergrund der Erfindung

Die Umwandlung von Signalen zwischen einem analogen Format und einem digitalen Format ist dem Fachmann seit Jahren bekannt. In zahlreichen Anwendungen, wie z. B. in Telefonsystemen, wird hauptsächlich mit Signalen gearbeitet, wenn die Signale in einem digitalen Format vorliegen. In dem digitalen Format können die Signale durch Verwenden digitaler Datenverarbeitungskomponenten gehandhabt werden, um eine Systemleistung zu erreichen, die durch das Verwenden analoger Komponenten und das Verarbeiten analoger Signale nicht leicht erreicht werden konnte. Somit setzen nun viele Systeme, die zuvor nur auf der Grundlage analoger Daten gearbeitet haben, digitale Techniken ein, um Systemziele durch einen Betrieb auf Grundlage digitaler Signale zu erreichen.
In den meisten digitalen Systemen ist die genaue Darstellung und Wiedergabe von Signalen von Bedeutung von äußerster Wichtigkeit. Im Falle eines digitalen Telefonsystems wird z. B. ein analoges Signal von einem ersten Anwender empfangen, in ein digitales Signal umgewandelt, digital gesendet, digital empfangen, in ein analoges Signal umgewandelt und einem zweiten Anwender in einem analogen Format zur Verfügung gestellt. Nicht nur die digitale Darstellung des analogen Signals muss genau sein, sondern es muss auch eine genaue analoge Darstellung des digitalen Signals erzeugt werden. Somit ist die Umwandlung von Signalen zwischen dem analogen Format und dem digitalen Format ein wichtiges und integrales Verfahren in digitalen Kommunikationssystemen, wie z. B. dem digitalen Telefonsystem.
Das Sigma-Delta-Umwandlungsverfahren hat als ein Verfahren zum genauen Umwandeln von Signalen aus einem analogen Format in ein digitales Format und aus einem digitalen Format in ein analoges Format große Popularität erlangt. In einem ersten Schritt tastet ein Sigma-Delta-Analog- Digital(A/D)-Konverter ein analoges Signal bei einer Abtastfrequenz ab und wandelt das analoge Signal in eine digitale Bitdatenstromausgabe, die das analoge Signal bei der Abtastfrequenz darstellt. Im Allgemeinen werden Sigma- Delta-Konverter bei Abtastfrequenzen betrieben, die ein Vielfaches der höchsten Frequenz von Bedeutung des analogen Signals darstellen. Das Verfahren zum Abtasten eines analogen Signals bei einer hohen Frequenz, bezogen auf die höchste Frequenz von Bedeutung, wird Überabtasten ("oversampling") genannt.
Die Technik des Überabtastens wird durchgeführt, weil sie das in dem Abtastverfahren eingeführte Quantisierungsrauschen in einen Teil des Frequenzspektrums schiebt, der jenseits der interessierenden höchsten Frequenz liegt. In anderen Typen von Signalumwandlungsverfahren ist das in dem Abtastverfahren eingeführte Quantisierungsrauschen im wesentlichen über das Frequenzspektrum konstant, einschließlich eines interessierenden Frequenzbandes. Somit stellt das Sigma-Delta-Verfahren den wichtigen Vorteil zur Verfügung, dass es die interessierende Frequenz im Wesentlichen von einem großen Anteil des Quantisierungsrauschens entlang des Frequenzspektrums trennt. Durch Verwenden von Standardfiltertechniken kann das Quantisierungsrauschen von dem umgewandelten analogen Signal im Wesentlichen entfernt werden, während das Signal von Bedeutung nur minimal gestört wird.
Ein in einem Audio-System typisches Frequenzband von Bedeutung ist 0 Kilohertz bis 20 Kilohertz, der hörbare Bereich eines menschlichen Zuhörers. In vielen Telefonanwendungen ist jedoch ein typisches Frequenzband von Bedeutung 0 Kilohertz bis 4 Kilohertz, ein typischer Sprachsignalfrequenzbereich. Durch Umwandeln von analogen Sprachsignalen in digitale Sprachsignale unter Verwendung eines Sigma- Delta-Konverters bei einer Abtastfrequenz von ungefähr einem Megahertz, wird das signifikante Quantisierungsrauschen auf das Frequenzspektrum weit jenseits der Frequenz von Bedeutung gebracht. Wenn das Signal einmal umgewandelt ist, kann es tiefpassgefiltert werden, um das Quantisierungsrauschen zu entfernen.
Das Überabtastverhältnis wird typischerweise als das Verhältnis der Abtastrate zu der Ausgangsdatenrate beschrieben. Übliche Abtastraten sind 960 Kilohertz, 1,02 Megahertz und 1,152 Megahertz. Übliche Ausgangsraten sind 8 Kilohertz und 16 Kilohertz. Weil das Signal-Rausch- Verhältnis des Datenumwandlungsverfahrens sich direkt auf das Überabtastverhältnis bezieht, muss das für eine besondere Anwendung ausgewählte Überabtastverhältnis groß genug sein, um den Signal-Rausch-Erfordernissen der bestimmten Anwendung zu genügen. Wenn das Überabtastverhältnis und die Abtastrate ansteigen, steigen jedoch die Kosten anderer Systemkomponenten auch an, und der Stromverbrauch des Konverters nimmt zu. Somit wird die Abtastrate typischerweise so ausgewählt, dass sie so niedrig wie möglich ist, aber ausreicht, um die Systemleistungsanforderungen zu befriedigen.
In einem typischen sigma-delta-rnodulierenden Analog- Digital-Konverter (A/D) wird ein analoges Eingangssignal bei der Eingangsabtastrate überabgetastet, um eine Einzelbitdarstellung des Signals bei der Abtastrate zu erzeugen. Die Einzelbitdarstellung bei der Abtastrate wird dann bei einer niedrigeren Abtastrate in eine Mehrfachbitdarstellung umgewandelt, wobei ein kaskadierter Integratorkamm ("cascaded integrator comb") ("CIC-Block"), der einen Integrator und ein Kammfilter umfasst, verwendet wird. Der Integrator, der mehrere Stufen (Ordnung) umfassen kann, empfängt den Eingangsbitdatenstrom bei der Eingangsabtastrate und erzeugt eine integrierte Mehrfachbitausgabe bei einer Ausgangsabtastrate. Der Kammfilter empfängt die integrierte Ausgabe von dem Integrator und kammfiltert die integrierte Ausgabe, um ein gefiltertes Signal zu erzeugen. Der Integrator und der Kammfilter führen die Dezimierungsfunktion und die Tiefpassfilterfunktion auf den Eingangsbitdatenstrom in Kombination aus. Somit wandelt der CIC-Block ein digitales Signal von einem höheren Abtastfrequenzsignal mit weniger Bits pro Abtastwert zu einem niedrigeren Abtastfrequenzsignal, das eine größere Anzahl von Bits pro Abtastwert hat, effektiv um und entfernt im Wesentlichen das ganze Quantisierungsrauschen und Aliasrauschen von dem Signal.
Die Verstärkung des CIC-Blockes des A/D-Konverters ist gleich dem Überabtastverhältnis, potenziert mit der Ordnung oder der Anzahl von Stufen des implementierten Integrators. Das Überabtastverhältnis des A/D-Konverters ist gleich der Eingangsabtastfrequenz geteilt durch die Datenausgangsrate. Wenn zum Beispiel das Überabtastverhältnis 64 ist und der Integrator ein Integrator dritter Ordnung ist, dann ist die Verstärkung des CIC-Blockes 64**³ oder die dritte Potenz von 64. Die Verstärkung des CIC-Blockes verursacht Probleme in dem Signalumwandlungsverfahren. Weil die Signalprozessoren, die das Datenumwandlungsverfahren implementieren, eine endliche Anzahl von Bits zum Darstellen des digitalisierten Signals haben, kann ein besonderes Überabtastverhältnis einen Unterlauf oder ein Überlaufen innerhalb des Verarbeitungssystems erzeugen. Somit verwendeten typische Datenkonverter nach dem Stand der Technik ein festes Überabtastverhältnis und konstruierten den CIC-Block so, dass ein Unterlauf und ein Überlaufen verhindert wurden.
In vielen Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, ein variables Überabtastverhältnis zur Verfügung zu stellen, so dass der Konverter angepasst werden kann, um von Installation zu Installation unterschiedliche Konstruktionsziele zu erreichen. Eine Lösung nach dem Stand der Technik zum Bereitstellen eines variablen Überabtastratenkonverters besteht darin, in dem Konverter und in allen dazugehörigen Komponenten einen breiten Datenbus zu umfassen, so dass das System für alle Situationen einen ausreichenden Dynamikbereich hätte. Allerdings erhöhen die Kosten des Implementierens des breiteren Konverters und die Modifikation von Systemkomponenten, die erforderlich ist, um mit dem breiteren Konverter zu arbeiten, die Systemkosten wesentlich.
Auf dem Fachgebiet besteht daher der Bedarf an einem Datenkonverter, der eine variable Abtastrate hat, der aber Ausgangsdaten innerhalb eines vorbestimmten Ausgangsbereiches produziert.
Das US-Patent (AT&T IPM) US-A-547 456 offenbart einen Abtastratenkonverter. Taktsignale werden verwendet, um digitale Signalabtastwerte umzuwandeln. Das Verhältnis von verbundenen und unverbundenen digitalen Signalabtastwerten wird in Verbindung miteinander verwendet, um einen variablen Interpolationsfaktor zur Verfügung zu stellen.
Das US-Patent (Harris) US-A-5079734 offenbart ein digitales Schmalband-Dezimierungsfilter, das auf eine einfache integrierte Schaltung implementiert werden kann. Das Dezimierungsfilter kann ein Hogenauer-Filter sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nun wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft und unter Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das einen Datenkonverter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das eine alternative Ausführungsform eines Datenkonverters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das eine Eingangsverstärkungsstufenimplementierung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, das einen Ausgangsdatenkonverter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, das eine alternative Ausführungsform eines Ausgangsdatenkonverters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 6 ein logisches Diagramm ist, das ein Verfahren zum Umwandeln von Daten gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 7 ein logisches Diagramm ist, das ein alternatives Verfahren zur Datenumwandlung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Datenkonverter und ein zugehöriges Betriebsverfahren. Der Datenkonverter arbeitet bei einer variablen Abtastrate, produziert aber Ausgaben innerhalb eines vorbestimmten Dynamikbereiches. Basierend auf der Abtastrate, passt der Konverter die Verstärkung eines Eingangsbitdatenstroms so an, dass die durch den Datenkonverter produzierten Ausgangsdaten innerhalb des vorbestimmten Dynamikbereiches liegen. Basierend auf der Anpassung der Eingangsdaten können verschiedene Überabtastverhältnisse, die auf den verschiedenen Abtastraten basieren, durch den Datenkonverter implementiert werden, so dass der Datenkonverter hinsichtlich einer besonderen Anwendung kundenspezifisch, aber mit einer Standarddatenbreite angefertigt werden kann. Auf diese Art und Weise kann das Überabtastverhältnis innerhalb des Datenkonverters angepasst werden, um die gewünschte Signal-Rausch- Systemleistung zu erreichen.
Fig. 1 stellt einen Datenkonverter 10 dar, der eine variable Abtastrate hat. Der Datenkonverter 10 umfasst eine Eingangsverstärkungsstufe 12, einen Integrator 14 und ein Kammfilter 16. Die Komponenten arbeiten in Verbindung miteinander, um eine Ausgabe zu erzeugen, die innerhalb eines vorbestimmten Dynamikbereiches erzeugt wird, unabhängig von dem Überabtastverhältnis des Datenkonverters 10.
Die Eingangsverstärkungsstufe 12 empfängt einen Eingangsbitdatenstrom 18 bei einer Eingangsbitrate 20 und passt den Eingangsbitdatenstrom 18 durch einen Eingangsverstärkungswert an, um einen verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 22 bei der Eingangsbitrate 20 zu erzeugen. Der Eingangsbitdatenstrom 18 hat vorzugsweise die Breite von einem einzelnen Bit, dessen Wert entweder eine logische 1 oder eine logische 0 ist und willkürliche Datenwerte darstellt. Basierend auf einer Zuweisung kann eine logische 1 einen positiven Wert darstellen, während eine logische 0 einen negativen Wert darstellt. Alternativ kann eine logische 1 einen positiven Wert darstellen, während eine logische 0 einen Nullwert darstellt. Solche Zuweisungen werden durch einen Systemkonstrukteur vorgenommen, der den Datenkonverter 10 auf der Basis von Systembeschränkungen in einem bestimmten System einsetzt.
Der Eingangsverstärkungswert der Eingangsverstärkungsstufe 12 basiert mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate 20 und hängt, daraus resultierend, mit dem Überabtastverhältnis des Konverters 10 zusammen. Es ist wünschenswert, ein Überabtastverhältnis zu haben, das ausreicht, um ein minimales Signal-Rausch-Verhältnis in dem Signalumwandlungsverfahren zu erreichen. Es ist weiterhin wünschenswert, ein Überabtastverhältnis einzusetzen, dass das ausreichende Überabtastverhältnis zum Minimieren des Energieverbrauchs und der Komplexität der Komponenten innerhalb des Systems, das den Datenkonverter 10 umfasst, nicht übersteigt. Somit stellt der Datenkonverter 10 der vorliegenden Erfindung eine variable Abtastrate zur Verfügung, die die Eingangsbitrate 20 ist. Eine Ausgangsbitrate 24 ist vorzugsweise fest, so dass eine Veränderung der Eingangsbitrate 20 nur das Überabtastverhältnis des Datenkonverters 10 verändert. Somit wird die Eingangsbitrate 20 des Datenkonverters 10 variiert, um unterschiedliche Systemanforderungen in unterschiedlichen Systeme zu erreichen.
Der Integrator 14 steht in Wirkverbindung mit der Eingangsverstärkungsstufe 12 und empfängt den verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 22. Der Integrator 14 tastet den verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 22 bei der Eingangsbitrate 20 ab und erzeugt einen integrierten Bitdatenstrom 26 bei der Eingangsbitrate 20. Eine Übertragungsfunktion des Integrators 14 hat einen Pol bei 0 und eine schwächer werdende Reaktion auf 0, wenn die Frequenz ansteigt. Somit formt der Integrator 14 den verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 22, wenn er den integrierten Bitdatenstrom 26 erzeugt, und entfernt einen wesentlichen Teil des Quantisierungsrauschens von dem verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 22.
Das Kammfilter 16 steht in Wirkverbindung mit dem Integrator 14 und empfängt den integrierten Bitdatenstrom 26 von dem Integrator 14. Das Kammfilter 16 kammfiltert den integrierten Bitdatenstrom 26, um einen gefilterten Bitdatenstrom 28 bei einer Ausgangsbitrate 24 zu erzeugen. Eine Kammfilterfunktion hat eine Null bei null Hertz und eine Null bei jedem Vielfachen der Kammfrequenz. Somit wird die Null des Kammfilters 16 bei null Hertz mit dem Pol der Übertragungsfunktion des Integrators 14 bei null, um im Wesentlichen eine Einheitsübertragungsfunktion bei null Hertz und nahe bei null Hertz zu erzeugen, um zu gewährleisten, dass das interessierende Signal durchläuft, während das Quantisierungsrauschen entfernt wird. Weiterhin entfernen die Nullen des Kammfilters 16 bei den Vielfachen der Abtastfrequenz im Wesentlichen die Alias-Einflüsse, die in dem Dezimierungsprozess gebildet wurden. Somit arbeiten der CIC-Block, der durch den Integrator 14 gebildet wird, und das Kammfilter 16, um das Quantisierungsrauschen zu entfernen, zu dezimieren und den verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 22 zu filtern, um einen gefilterten Bitdatenstrom 28 bei einer niedrigeren Bitrate und höherer Bit-pro- Abtastwert-Darstellung zu erzeugen.
Vorzugsweise sind die Eingangsverstärkungsstufe 12 und der Integrator 14 in der Hardware integriert, während das Kammfilter 16 in der Software implementiert ist, wobei ein Datenprozessor oder dergleichen verwendet werden. Die Lehre der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht durch die hierin beschriebene Ausführungsform begrenzt und bezieht sich auf jeden Datenkonverter 10 mit variabler Rate, der Ausgangsdaten erzeugt, die innerhalb eines vorbestimmten Dynamikbereiches liegen.
Vorzugsweise beträgt die Eingangsbitrate 20 960 Kilohertz, 1,024 Megahertz oder 1,152 Megahertz. Es können jedoch auch andere Eingangsbitraten 20 ausgewählt werden. Die Ausgangsbitrate 24 beträgt vorzugsweise 8 Kilohertz oder 16 Kilohertz mit einer Breite von 16 Bit, kann aber auch eine andere Datenabtastrate sein. Somit reicht das Überabtastverhältnis des Datenkonverters 10 vorzugsweise von 60 bis 144. Der Bereich der Überabtastverhältnisse, der vorzugsweise mit dem Datenkonverter 10 der vorliegenden Erfindung zur Verfügung steht, stellt einem Konstrukteur ausreichende Wahlmöglichkeiten hinsichtlich der Konverterleistung zur Verfügung, um dem Datenkonverter 10 zu erlauben, in verschiedenen Anwendungen verwendet zu werden, während verschiedene Systemleistungskriterien befriedigt werden.
Die Eingangsverstärkungsstufe 12 ist vorzugsweise so konstruiert, dass sie den Eingangsbitdatenstrom 18 durch eine Verstärkung 1, 2 oder 4 anpasst. Eine solche Verstärkungsanpassung hängt jedoch von der Ordnung des Integrators 14, der Ausgangsbitrate 24 und der Eingangsbitrate 18 ab. Wie zuvor beschrieben, wird der Eingangsverstärkungswert der Eingangsverstärkungsstufe 12 ausgewählt, um zu bewirken, dass die Ausgabe des Datenkonverters 10 innerhalb eines vorbestimmten Dynamikbereiches liegt. Somit hängt der Eingangsverstärkungswert sowohl von diesen anderen Komponenten als auch der Breite des Ausgangs des Konverters 10 ab.
Somit stellt der Datenkonverter 10 der vorliegenden Erfindung den wichtigen Vorteil zur Verfügung, dass er bei einer Vielfalt von Abtastraten arbeiten kann und gleichwohl einen gefilterten Bitdatenstrom 28 erzeugen kann, der innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Die Datenbreite, die mit dem Datenkonverter 10 verknüpft ist, wird minimiert, so dass die Kosten und die Komplexität verringert werden, während die durch den Datenkonverter 10 erreichte Leistung maximiert wird. Durch Bereitstellen für den Betrieb bei variabler Abtastrate stellt der Datenkonverter 10 der vorliegenden Erfindung eine wesentliche Flexibilität und Leistung zur Verfügung. Weiterhin kann der Datenkonverter 10, durch Erzeugen von Ausgangsdaten innerhalb eines bestimmten Dynamikbereiches, mit Standardsystemkomponenten bei verringerten Kosten verwendet werden. Somit stellt der Datenkonverter 10 der vorliegenden Erfindung den wichtigen Vorteil zur Verfügung, dass, verglichen mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, Kosten und Komplexität verringert werden.
Fig. 2 stellt einen Datenkonverter 50 dar, der eine variable Abtastrate gemäß der vorliegenden Erfindung hat. Die in Fig. 1 eingeführte Nummerierung für gemeinsame Elemente wird in Fig. 2 beibehalten. Der Datenkonverter 50 umfasst vorzugsweise eine Eingangsverstärkungsstufe 12, einen Integrator 14, ein Kammfilter 16 und umfasst auch eine Gleichstrom-Offset-Stufe 52, eine Ausgangsverstärkungsstufe 54, ein Formgebungsfilter 56 und einen Sigma-Delta- Modulator 59. Die Funktionen des Integrators 14 und des Kammfilters 16 sind identisch mit der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform, und die Komponenten werden in Verbindung mit Fig. 2 hier nicht weiter beschrieben.
Der Sigma-Delta-Modulator 59 empfängt ein analoges Signal 60 und sigma-delta-moduliert das analoge Signal 60, um den Eingangsdatenstrom 20 zu erzeugen. Der Sigma-Delta- Modulator 59 tastet das analoge Signal 60 bei dem Eingangsbitdatenstrom 20 ab, um den Eingangsbitdatenstrom 20 bei der Eingangsbitrate zu erzeugen. Der Sigma-Delta-Modulator 59 umfasst vorzugsweise eine Struktur, die dem Fachmann bekannt ist und die hier nicht weiter beschrieben wird.
Die Eingangsverstärkungsstufe 12 führt eine identische Funktion aus, wie zuvor gemäß Fig. 1 beschrieben. Die in Fig. 2 gezeigte Eingangsverstärkungsstufe 12 empfängt jedoch auch ein Auswahlsignal 58, das auf der Abtastrate oder Eingangsbitrate 20 des Datenkonverters 50 basiert. Wie zuvor beschrieben, bestimmt die Eingangsbitrate 20, wenn die Ausgangsbitrate 24 fest ist, das Überabtastverhältnis des Datenkonverters 50, und daraus resultierend die Verstärkung des CIC-Blockes. Durch Variieren des auf dem Überabtastverhältnis basierenden Auswahlsignals 58 oder der Eingangsbitrate 20, passt die Eingangsverstärkungsstufe 12 den Eingangsbitdatenstrom 20 selektiv an, um den verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 22 zu erzeugen.
Die Eingangsverstärkungsstufe 12 stellt jedoch dem Eingangsbitdatenstrom 20 nur eine erste Anpassung zur Verfügung. Somit stellen die Gleichstrom-Offset-Stufe und die Ausgangsverstärkungsstufe 54 auch Anpassungen zur Verfügung, die bewirken, dass sich der Bitdatenstrom 64 innerhalb des vorbestimmten Dynamikbereiches befindet.
Die Gleichstrom-Offset-Stufe 52 ist wirksam zwischen den Kammfilter 16 und den Signalformgebungsfilter 56 gekoppelt. Die Gleichstrom-Offset-Stufe 52 entfernt im Wesentlichen eine Gleichstromkomponente von dem gefilterten Bitdatenstrom 28, wobei die Gleichstromkomponente mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate 20 basiert. Der Eingangsbitdatenstrom 20 stellt, da er durch den Sigma-Delta- Modulator 59 erzeugt wurde, das analoge Signal 60 als umgewandelt dar. Basierend auf den Annahmen, die in dem Umwandlungsverfahren und der Darstellung des analogen Signals durch den Eingangsbitdatenstrom 20 gemacht wurden, kann der Eingangsbitdatenstrom 20 ein Gleichstrom-Offset inhärent einschließen. Solches wäre der Fall, wenn z. B. ein Eingangsbitdatenstrom 20 mit logisch 1 einen Wert von 1 darstellt, während eine logische 0 einen Wert von 0 darstellt. In dieser Situation gäbe es einen Wert von 0,5 als ein Gleichstrom-Offset. In anderen Situationen, die auf der Darstellung des Eingangsbitdatenstroms 20 basieren, werden unterschiedliche Gleichstrom-Offset-Werte in dem Eingangsbitdatenstrom 20 gebildet.
Die Darstellung des Eingangsbitdatenstroms 20 verringert, wie beschrieben, die Komplexität von Komponenten des Datenkonverters 50, besonders der Eingangsstufe des Integrators 14. Weil jedoch ein Gleichstrom-Offset in dem Eingangsbitdatenstrom 20 existiert, wird der Gleichstrom- Offset durch die Eingangsverstärkungsstufe 12 und die Verstärkung des CIC-Blockes verstärkt und wird eine Komponente des gefilterten Bitdatenstroms 28. Somit muss der verstärkte Gleichstrom-Offset durch die Gleichstrom-Offset-Stufe 52 entfernt werden. Das Auswahlsignal 58, das vorzugsweise auf dem Überabtastverhältnis basiert, signalisiert der Gleichstrom-Offset-Stufe 52, einen bestimmten Gleichstrom aus dem gefilterten Bitdatenstrom zu entfernen. Das Auswahlsignal, das der Gleichstrom-Offset-Stufe 52 zur Verfügung gestellt wird, kann auch auf anderen Annähmen basieren, wie bezüglich des Erzeugens des Gleichstrom-Offsets in dem Umwandlungsverfahren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gleichstrom-Offset-Stufe 52 ein Gleichstrom-Offset von dem Eingangsbitdatenstrom 20 entfernt, um sicherzustellen, dass der gefilterte Bitdatenstrom 28 innerhalb des vorbestimmten Dynamikbereiches verbleibt.
Die Ausgangsverstärkungsstufe 54 steht in Wirkverbindung mit der Gleichstrom-Offset-Stufe 52 und passt die Größe des gefilterten Bitdatenstroms 28 durch den Ausgangsverstärkungswert an. Der Ausgangsverstärkungswert basiert mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate 20. In der Ausführungsform des Datenkonverters 50 von Fig. 2 ist die Eingangsverstärkungsstufe 12 eine grobe Verstärkungseinstellvorrichtung, die den Eingangsbitdatenstrom 20 durch Verstärkungsfaktoren von zwei verändern können. Somit stellt die Ausgangsverstärkungsstufe 54 eine feinere, auf der Abtastrate basierende Anpassung zur Verfügung, um den gefilterten Bitdatenstrom 28 anzupassen, um zu bewirken, dass sich der gefilterte Bitdatenstrom 28 in dem vorbestimmten Dynamikbereich befindet. Somit passen die Eingangsverstärkungsstufe 12, die Gleichstrom-Offset-Stufe 52 und die Ausgangsverstärkungsstufe 54 die durch den Datenkonverter 50 zur Verfügung gestellten umgewandelten Signale in Kombination an, um zu bewirken, dass sich der gefilterte Bitdatenstrom 28 in dem vorbestimmten Dynamikbereich befindet.
Das Formgebungsfilter 56 empfängt den gefilterten Bitdatenstrom 28 von der Ausgangsverstärkungsstufe 54 und formt den gefilterten Bitdatenstrom 28 spektral, um einen Ausgangsbitdatenstrom 64 zu erzeugen, der mit den Spektrumerfordernissen übereinstimmt. Vorzugsweise erzeugt das Formgebungsfilter 56 den Ausgangsbitdatenstrom bei einer sekundären Ausgangsbitrate 62 bei einer niedrigeren Frequenz als die Ausgangsbitrate 24. Die Eingangsverstärkungsstufe 12, der CIC-Block, die Gleichstrom-Offset-Stufe 52 und die Ausgangsverstärkungsstufe 54 erzeugen den verstärkungsangepassten gefilterten Bitdatenstrom 29, der eine bestimmte spektrale Form hat. Das Formgebungsfilter 56 passt das Spektrum des gefilterten Bitdatenstroms 28 wie gewünscht an, um den Ausgangsbitdatenstrom 64 zu erzeugen. Basierend auf den besonderen Erfordernissen, in denen sich der Datenkonverter 50 befindet, werden die Formgebungsfiltereigenschaften 56 bestimmt.
Der Datenkonverter 50 von Fig. 2 stellt somit die zusätzlichen Vorteile des Entfernens des Gleichstrom-Offsets von dem gefilterten Bitdatenstrom 28 und des Verstärkungsanpassens des gefilterten Bitdatenstroms 28 zur Verfügung, um schließlich dem vorbestimmten Dynamikbereich zu entsprechen. Somit kann der in Fig. 2 dargestellte Datenkonverter bei jeder der verschiedenen zur Verfügung gestellten Überabtastraten arbeiten, wobei er verschiedene Eingangsbitraten 20 hat, um die Erfordernisse von Systemen zu befriedigen, in denen der Datenkonverter 50 installiert wird. Der Datenkonverter 50 arbeitet dann bei dem gewünschten Abtastverhältnis der Eingangsbitrate 20 und stellt sogar noch einen Ausgangsbitdatenstrom 64 innerhalb des vorbestimmten Dynamikbereiches bei der vorbestimmten sekundären Ausgangsbitrate 62 zur Verfügung.
Fig. 3 stellt eine besondere Ausführungsform 100 der Eingangsverstärkungsstufe 12 und des Integrators 14 der Datenkonverter 10 und 50 jeweils von Fig. 1 bzw. Fig. 2 dar. Der Eingangsdatenstrom 18 wird der Eingangsverstärkungsstufe 12 zur Verfügung gestellt, die einen verstärkungsanpassten Ausgang 106 erzeugt. Der Integrator 14 umfasst einen Mehrfachbitaddierer 102 und ein Mehrfachregister 104, die in wechselseitiger Wirkverbindung miteinander stehen, um eine Akkumulationsfunktion zur Verfügung zu stellen. Der Ausgang des Registers 104 wird als einer der Eingänge in den Addierer 102 zur Verfügung gestellt. Der Eingang in den Addierer 102 von dem Register 104 wird als Bits B0-B19 dargestellt und wird als der akkumulierte Wert 108 erachtet. Der verstärkungsangepasste Ausgang 106 von der Eingangsverstärkungsstufe 12 ist der zweite Eingang in den Addierer 102. Diese Eingänge werden als A0-A19 bezeichnet. Basierend auf dem Auswahlsignal 58 stellt die Eingangsverstärkungsstufe 12 den Eingangsbitdatenstrom 18 den Eingängen A0, A1 oder A2 des Addierers 102 zur Verfügung.
Somit arbeitet die Eingangsverstärkungsstufe 12 in dieser besonderen Ausführungsform in einem von drei Modi. In dem ersten Modus verursacht das Auswahlsignal 58, das bei der Eingangsverstärkungsstufe zur Verfügung gestellt wird, eine Verstärkung von 1. In diesem Fall wird der Eingangsbitdatenstrom 18, die eine Einzelbitdarstellung ist, an A0 des Addierers 102 zur Verfügung gestellt. In einem zweiten Modus wird der Eingangsbitdatenstrom 18 dem Eingang A1 des Addierers 102 zur Verfügung gestellt. Das Bereitstellen des Eingangsbitdatenstroms an den Eingang A1 ist einer Verstärkung von 2 äquivalent. In einem dritten Betriebsmodus stellt die Eingangsverstärkungsstufe 12 dem Eingangsbit A2 des Addierers 102 den Eingangsbitdatenstrom 18 zur Verfügung. Durch das Bereitstellen des Eingangsbitdatenstroms 18 an diesen Eingang hat die Eingangsverstärkungsstufe 12 effektiv eine Verstärkung von 4 verursacht. Die besonderen Bits, die als Eingänge A0-A2 zur Verfügung gestellt werden, die den Eingangsbitdatenstrom 18 nicht empfangen, werden bei 0 fixiert. Weiterhin werden die Eingangbits A3-A19 bei 0 fixiert. Somit wird bei jedem Betrieb des Addierers 102 der Eingangsbitdatenstrom 18 zu der Akkumulationskomponente, die in dem Register 104 gehalten wird, hinzugefügt. Durch das Durchführen dieser Akkumulationsfunktion wird der integrierte Bitdatenstrom 26 erzeugt.
Somit stellt das Implementieren 100 von Fig. 3 einen vereinfachten Mechanismus zum Durchführen einer Verstärkungsfunktion durch einen Eingangsverstärkungswert zur Verfügung. Da die Eingangsverstärkungsstufe 12 und der Integrator 14 diese Funktion digital zur Verfügung stellen, vorzugsweise in der Hardware, kann sie gemäß den anderen digitalen Elementen in einem typischen datenverarbeitenden System einfach implementiert werden.
Fig. 4 stellt einen Datenkonverter 150 dar, der eine variable Abtastrate hat. Der Datenkonverter umfasst eine Verstärkungsstufe 152, ein Kammfilter 154, einen Integrator 156 und ein Rauschformgebungsfilter 158. Vorzugsweise ist der Datenkonverter 150 eine umgekehrte Darstellung des in Fig. 1 dargestellten Datenkonverters 10. Der Datenkonverter 150 wandelt einen Eingangsbitdatenstrom 160 bei einer Eingangsbitrate 162 in einen rauschgeformten Ausgangsbitdatenstrom 172 bei einer Ausgangsbitrate 168 um, d. h. bei einer viel höheren Frequenz als der Eingangsbitrate 162. Die Ausgangsbitrate 168 des Datenkonverters 150 ist jedoch veränderlich, so dass das Überabtastverhältnis, das mit dem Datenkonverter 150 verknüpft ist, auch veränderlich ist und angepasst werden kann, um mit den Systemleistungsanforderungen im Einklang zu stehen. Der integrierte Bitdatenstrom 170 wird so erzeugt, dass er in einem vorbestimmten Dynamikbereich fällt, so dass der Betrieb des Datenkonverters 150 zu den Datenkonvertern 10 und 50 von Fig. 1 und 2 analog ist.
Die Verstärkungsstufe 152 empfängt den Eingangsbitdatenstrom 160 bei der Eingangsbitrate 162 und passt den Eingangsbitdatenstrom 160 basierend auf einem Auswahlsignal 161 an, um einen verstärkungsangepassten Eingangsbitdatenstrom 164 bei der Eingangsbitrate 162 zu erzeugen. Der Eingangsbitdatenstrom 160 liegt vorzugsweise bei einer Datenrate von 8 Kilohertz und hat eine Datenbreite von 16 Bits. Die Datenrate wie auch die Datenbreite können differieren. Die Verstärkungsstufe 152 passt den Eingangsbitdatenstrom 160 durch einen Verstärkungswert an, der mindestens teilweise auf der Ausgangsbitrate 168 basiert. Wie zuvor diskutiert, wird die Verstärkung des CIC-Blockes in dem Datenkonverter 150 durch das Überabtastverhältnis bestimmt. Somit wird, unter der Annahme, dass die Eingangsbitrate 162 fest ist, der durch die Verstärkungsstufe 152 implementierte Verstärkungswert durch die Ausgangsbitrate 168 bestimmt. Der Verstärkungswert wird durch ein Auswahlsignal 161 bestimmt, wobei das Auswahlsignal 161 durch die Ausgangsbitrate 168 bestimmt wird. Somit veranlasst das Auswahlsignal die Verstärkung der Verstärkungsstufe 152, den Verstärkungswert basierend auf der Verstärkung des CIC-Blockes oder dem Überabtastverhältnis des CIC-Blockes zu verändern.
Das Kammfilter 154 steht in Wirkverbindung mit der Verstärkungsstufe 152, empfängt den verstärkungsangepassten Eingangsbitdatenstrom 154 bei einer Zwischenbitrate 163 und kammfiltert den verstärkungsangepassten Bitdatenstrom 154, um einen gefilterten Bitdatenstrom 166 bei der Zwischenbitrate 163 zu erzeugen. Vorzugsweise wird der gefilterte Bitdatenstrom 166 bei der Zwischenbitrate von 32 Kilohertz erzeugt und hat eine Datenbreite von 16 Bit. Weiterhin umfasst das Kammfilter 154 vorzugsweise einen Typ, der dem Fachmann bekannt ist und hier zuvor beschrieben wurde.
Der Integrator 156 tastet den gefilterten Bitdatenstrom 166 bei der Ausgangsbitrate 168 ab und erzeugt einen integrierten Bitdatenstrom 170 bei der Ausgangsbitrate 168. Vorzugsweise beträgt die Ausgangsbitrate 960 Kilohertz, 1,024 Megahertz oder 1,152 Megahertz, und der integrierte Bitdatenstrom 170 hat eine Datenbreite von 20 Bits. Somit tastet der Integrator 156 den gefilterten Bitdatenstrom 166 bei einer höheren Frequenz ab, als durch das Kammfilter 154 erzeugt wird. Das Abtasten bei einer höheren Frequenz ist dem Fachmann als Interpolation bekannt und wird hier nicht weiter beschrieben. Der Integrator 156 integriert den gefilterten Bitdatenstrom 166, um einen integrierten Bitdatenstrom 170 bei einer Ausgangsbitrate 168 zu erzeugen. Eine Integrationsfunktion, wie durch den Integrator 156 implementiert, wurde zuvor beschrieben und wird unter Bezug auf Fig. 4 nicht weiter beschrieben werden.
Das Rauschformgebungsfilter 158 steht in Wirkverbindung mit dem Integrator 156, empfängt den integrierten Bitdatenstrom 170 und erzeugt einen rauschgeformten Ausgangsbitdatenstrom 172 bei der Ausgangsbitrate 168. Vorzugsweise hat der rauschgeformte Ausgangsbitdatenstrom eine Datenbreite von 1 Bit. Die Datenbreite könnte jedoch, in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung, breiter sein.
Der Datenkonverter 150 von Fig. 4 lässt daher eine variable Ausgangsbitrate 168 zu, und erzeugt dennoch einen integrierten Bitdatenstrom 170, der in einem vorbestimmten Dynamikbereich liegt. Auf diese Art und Weise können verschiedene Überabtastverhältnisse ausgewählt werden, die durch den Datenkonverter 150 implementiert werden. Das Überabtastverhältnis des Datenkonverters 150 wird ausgewählt, um ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis für die besondere Anwendung zur Verfügung zu stellen. Somit stellt der Datenkonverter 150 den wichtigen Vorteil des Bereitstellens variabler Ausgangsbitraten 168 mit einer minimierten Hardwarestruktur zur Verfügung. Eine solche minimierte Hardwarestruktur senkt die Kosten, den Stromverbrauch und gewährleistet auch geringere Kosten der dazugehörigen Komponenten.
Fig. 5 stellt einen Datenkonverter 200 dar, der eine variable Abtastrate gemäß der vorliegenden Erfindung hat. Der Datenkonverter 200 umfasst Elemente, die auch der Datenkonverter 150 von Fig. 4 umfasst. Daher wird die Nummerierung von Fig. 4 in Verbindung mit dem Datenkonverter 200 von Fig. 5 beibehalten. Gemeinsame Komponenten bei den Anwendungen umfassen die Verstärkungsstufe 152, das Kammfilter 154, den Integrator 156 und das Rauschformgebungsfilter 158. Die Funktionen der Verstärkungsstufe 152, des Kammfilters 154, des Integrators 156 und des Rauschformgebungsfilters 158 wurden zuvor unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Daher werden ihre Funktionen unter Bezug auf Fig. 5 hier nicht weiter beschrieben, es sei denn, sie dienen der Verdeutlichung der Lehre der vorliegenden Erfindung. Der Datenkonverter 200 von Fig. 5 enthält auch ein Eingangsfilter 202 und einen Digital-Analog-Konverter 204, Komponenten, die in dem Datenkonverter 150 von Fig. 4 nicht enthalten sind.
Das Eingangsformgebungsfilter 202 empfängt einen ungefilterten Eingangsbitdatenstrom 206 und erzeugt den Eingangsbitdatenstrom 160. Das Eingangsfilter 202 passt das Spektrum des ungefilterten Eingangsbitdatenstroms 206 an, um den Eingangsbitdatenstrom 160 zu erzeugen. Das Spektrum wird in Abhängigkeit von den spektralen Erfordernissen der Anwendung angepasst. Der CIC-Block, der das Kammfilter 154 und den Integrator 156 umfasst, verzerrt das Spektrum eines Signals, das durch den Block zur Verfügung gestellt wird. Somit passt das Eingangsformgebungsfilter 202 das Spektrum des Bitdatenstroms an, um die durch den CIC-Block verursachte spektrale Verzerrung zu kompensieren. Besondere Anwendungen erfordern unterschiedliche spektrale Formgebungen, um die spektralen Erfordernisse zu befriedigen. Daher führt das Eingangsfilter 202, entsprechend der besonderen Anwendung, spektrale Formgebung aus. Somit stellt das Eingangsfilter 202 eine Kompensation für den CIC-Block zur Verfügung und passt das Spektrum für eine besondere Anwendung an, in der der Datenkonverter 200 installiert wird.
Der Digital-Analog-Konverter 204 empfängt den rauschgeformten Ausgangsbitdatenstrom 172 und erzeugt ein analoges Ausgangssignal 208. Vorzugsweise hat der rauschgeformte Ausgangsbitdatenstrom 172 eine Breite von einem Bit, so dass der Digital-Analog-Konverter 204 ein Einzelbitkonverter sein kann. Der rauschgeformte Ausgangsbitdatenstrom 172 kann jedoch mehr als eine einzelne Bitbreite umfassen, und ein Digital-Analog-Konverter 204 kann ausgewählt werden, um die Umwandlungsfunktion zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise umfasst der Digital-Analog-Konverter 204 ein Glättungsfilter zum Entfernen von Quantisierungsrauschen aus dem Signal. Wie dem Fachmann bekannt ist, umfasst ein typisches Glättungsfilter ein Tiefpassfilter, das das höherfrequente Quantisierungsrauschen aus dem analogen Ausgangssignal 208 filtert.
Somit stellt der Datenkonverter 200 von Fig. 5 die Vorteile des Datenkonverters 150 von Fig. 4, zusammen mit den zusätzlichen Vorteilen der Eingangsformgebung und der Digital-Analog-Umwandlung, zur Verfügung. Daher stellt der Datenkonverter 200 ein vollständiges Digital-Analog- Umwandlungsverfahren bei einer variablen Datenrate zur Verfügung, wobei die Datenrate für besondere Anwendungen verändert werden kann.
Fig. 6 beschreibt ein Verfahren 250 zum Umwandeln von Daten bei einer variablen Abtastrate. Das Verfahren umfasst, als einen ersten Schritt 252, das Empfangen eines Eingangsbitdatenstroms bei einer Eingangsbitrate. In einer Ausführungsform stellt die Eingangsbitrate ein digital umgewandeltes analoges Signal dar. Vorzugsweise beträgt die Eingangsbitrate 960 Kilohertz, 1,024 Megahertz oder 1,152 Megahertz, und der Eingangsbitdatenstrom hat eine Datenbreite von 1 Bit. Die Eingangsbitrate kann jedoch genauso gut andere Frequenzen und Breiten umfassen.
Als Nächstes umfasst das Verfahren 250 in Schritt 254 das Anpassen der auf einem Eingangsverstärkungswert basierenden Eingangsbitdatenstrom, um einen verstärkungsangepassten Bitdatenstrom zu erzeugen. Der Eingangsverstärkungswert basiert mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate. Als Nächstes, in Schritt 256, umfasst das Verfahren 250 das Integrieren des verstärkungsangepassten Bitdatenstroms, um einen integrierten Bitdatenstrom bei einer Ausgangsbitrate zu erzeugen, die niedriger ist als die Eingangsbitrate. Als Nächstes, in Schritt 258, umfasst das Verfahren das Kammfiltern des integrierten Bitdatenstroms, um einen kammgefilterten Bitdatenstrom bei der Ausgangsbitrate zu erzeugen. Dann, in Schritt 260, umfasst das Verfahren das Entfernen einer Gleichstromkomponente aus dem kammgefilterten Bitdatenstrom. Als Nächstes umfasst der Schritt 262 die Verstärkungsanpassung in dem kammgefilterten Bitdatenstrom. Die Datenraten, die mit dem Verfahren 250 der vorliegenden Erfindung verknüpft sind, stimmen mit den Datenkonvertern 10 und 50 der vorliegenden Erfindung überein und werden unter Bezug auf das Verfahren 250 nicht weiter beschrieben.
Die Vorteile, die mit dem Verfahren 250 der vorliegenden Erfindung verknüpft sind, stimmen mit denen des Datenkonverters 10 und 50 der vorliegenden Erfindung überein. Das Verfahren 250 der vorliegenden Erfindung stellt somit variable Abtastraten-Betriebsarten zur Verfügung, die aber Ausgangsdaten innerhalb eines vorbestimmten Dynamikbereiches zur Verfügung stellen.
Fig. 7 beschreibt ein alternatives Verfahren 300 zum Umwandeln von Daten bei variablen Abtastraten. Verglichen mit dem Verfahren 250 von Fig. 6 wandelt das Verfahren 300 von Fig. 7 Daten von einer höheren Datenbreite, einer niedrigeren Abtastfrequenz in eine schmalere Datenbreite, ein höheres Abtastfrequenzsignal um und wandelt in einer Ausführungsform ein analoges Signal um. Vorzugsweise stimmt das Verfahren 300 von Fig. 7 mit den Datenkonvertern 150 und 200 von Fig. 4 bzw. 5 überein. Somit können Details, die mit dem Verfahren 300 von Fig. 7 nicht im Einzelnen erörtert wurden, vorangegangenen Erörterungen der Datenkonverter 150 und 200 entnommen werden.
Das Verfahren 300 beginnt bei Schritt 302, bei dem ungeformte Daten bei einer Eingangsbitrate empfangen werden. Als Nächstes, in Schritt 304, umfasst das Verfahren das Filtern der ungeformten Daten, um Eingangsdaten zu erzeugen. Das Filtern umfasst vorzugsweise die spektrale Formgebung der Eingangsdaten, um sowohl im Hinblick auf die Auswirkungen des Integrierens und Kammfilterns als auch die spektralen Erfordernisse der besonderen Anwendung zu kompensieren.
Als Nächstes, in Schritt 306, umfasst das Verfahren 300 das Anpassen der Eingangsdaten durch den Verstärkungswert, um verstärkungsangepasste Eingangsdaten zu erzeugen. Der Verstärkungswert wird, basierend auf einer Ausgangsdatenrate, der Eingangsdatenrate und der Ordnung der Integration bestimmt, die in Schritt 310 durchgeführt werden soll. Wie zuvor diskutiert, hängt eine Verstärkung eines CIC- Blockes von dem Überabtastverhältnis des CIC-Blockes und der Ordnung der Integration ab, die durch den Block durchgeführt wird. Mit dem Verfahrensschritt 306 ist der Verstärkungswert somit von der Eingangsbitrate, der Ausgangsbitrate und, daraus resultierend, der Verstärkung des CIC- Blockes abhängig. Daher passt der Schritt 306 mit Hilfe der Verstärkung die Eingangsdaten an, um die variablen Verstärkungsfaktoren des Verfahrens 300 in verschiedenen Betriebsarten zu kompensieren, um Ausgangsdaten innerhalb eines vorbestimmten Dynamikbereiches zu erzeugen.
Im Anschluss an Schritt 306 kammfiltert der Schritt 308 den Eingangsbitdatenstrom, um einen kammgefilterten Bitdatenstrom, vorzugsweise bei einer Zwischenbitrate zu erzeugen, die größer ist als die Eingangsbitrate. Als Nächstes umfasst der Schritt 310 das Integrieren des kammgefilterten Bitdatenstroms, um einen integrierten Bitdatenstrom bei einer Ausgangsbitrate zu erzeugen. Die Schritte 308 und 310 stimmen mit den Funktionen überein, die in Verbindung mit den Datenkonvertern 150 und 200 durchgeführt werden, die zuvor beschrieben wurden und dem Fachmann bekannt sind.
Als Nächstes umfasst der Schritt 312 die Rauschformgebung des integrierten Bitdatenstroms, um einen rauschgeformten Ausgangsbitdatenstrom zu erzeugen. Wie dem Fachmann bekannt ist, verringert das Rauschformgeben die Datenbreite eines Bitdatenstrons, führt aber Quantisierungsrauschen, im Allgemeinen bei Frequenzen, die höher sind als die interessierenden Frequenzen, in das Frequenzspektrum ein.
Schließlich, in Schritt 314, umfasst das Verfahren 300 das Umwandeln des Ausgangsbitdatenstroms in einen analogen Ausgang. Eine solche Datenumwandlung ist dem Fachmann bekannt und umfasst vorzugsweise eine Tiefpassfilterstufe zum Entfernen des Quantisierungsrauschens aus dem analogen Signal.
Somit umfasst das Verfahren 300 der vorliegenden Erfindung den Vorteil des Bereitstellens des Betriebes bei variablen Abtastraten, während ein Ausgang in einem vorbestimmten Dynamikbereich erzeugt wird. Durch Bereitstellen dieses Vorteils kann der Stromverbrauch sowie auch die Kosten des Implementierens des Verfahrens 300 in Verbindung mit einem größeren System verringert werden.

Claims

1. Datenkonverter mit einer variablen Abtastrate, bei dem die Verbesserung den Datenkonverter umfasst, der folgendes umfasst:

eine Eingangsverstärkungsstufe (12) zum Empfangen eines Eingangsbitdatenstroms (18) bei einer Eingangsbitrate (20) und zum Anpassen des Eingangsbitdatenstroms (18) durch einen Eingangsverstärkungswert, um einen verstärkungsangepassten Bitdatenstrom (22) bei der Eingangsbitrate (20) zu erzeugen, wobei der Eingangsverstärkungswert mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate basiert;

einen Integrator (14), der in Wirkverbindung mit der Eingangsverstärkungsstufe (12) steht, zum Empfangen des verstärkungsangepassten Bitdatenstroms (22) und, um daraus einen integrierten Bitdatenstrom (26) bei der Eingangsbitrate (20) zu erzeugen; und

ein Kammfilter (16), das in Wirkverbindung mit dem Integrator (14) steht, zum Empfangen des integrierten Bitdatenstroms (26) und zum Kammfiltern des integrierten Bitdatenstroms (26), um einen gefilterten Bitdatenstrom (28) bei einer Ausgangsbitrate (24) zu erzeugen, wobei die Ausgangsbitrate (24) kleiner ist als die Eingangsbitrate (22).

2. Datenkonverter gemäß Anspruch 1, der weiterhin umfasst:

ein Signalformgebungsfilter (56), das in Wirkverbindung mit dem Kammfilter (16) steht, zum Empfangen des gefilterten Bitdatenstroms (28) und zum spektralen Formen des gefilterten Bitdatenstroms (28), um einen Ausgangsbitdatenstrom zu erzeugen, der mit den spektralen Erfordernissen übereinstimmt.

3. Datenkonverter (10) gemäß Anspruch 2, der weiterhin umfasst:

eine Gleichstrom-Offset-Stufe (52), die in Wirkverbindung zwischen dem Kammfilter (16) und dem Signalformgebungsfilter (56) steht, um im Wesentlichen eine Gleichstromkomponente von dem gefilterten Bitdatenstrom (26) zu entfernen, wobei die Gleichstromkomponente mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate (20) basiert.

4. Datenkonverter (10) gemäß Anspruch 2, der weiterhin umfasst:

eine Ausgangsverstärkungsstufe (54), die in Wirkverbindung zwischen dem Kammfilter (16) und dem Signalformgebungsfilter (56) steht, zum Anpassen einer Größe des gefilterten Bitdatenstroms (28) durch den Ausgangsverstärkungswert, wobei der Ausgangsverstärkungswert mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate basiert.

5. Datenkonverter (10) gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem:

der Integrator (14) einen Mehrfachbitaddierer (102) und ein Mehrfachbitregister (104) umfasst, die in wechselseitiger Wirkverbindung miteinander stehen, um eine Akkumulationsfunktion zur Verfügung zu stellen, und bei dem die Eingangsverstärkungsstufe (12) einen Bitselektor (58) umfasst, zum Weiterleiten des Eingangsbitdatenstroms (18) zu einem einzelnen Biteingang aus einer Vielzahl von einzelnen Biteingängen (106) des Mehrfachbitaddierers (102), basierend auf dem Eingangsverstärkungswert.

6. Datenkonverter (10) gemäß Anspruch 1, der weiterhin umfasst:

eine Gleichstrom-Offset-Stufe (52), die einen Eingang hat, der in Wirkverbindung mit dem kammgefilterten Ausgang (28) des Kammfilters (16) steht, und einen gleichstromangepassten Ausgang bei der Ausgangsbitrate (24) hat, wobei eine von dem kammgefilterten Ausgang entfernte Gleichstromkomponente mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate (20) basiert; und

eine Ausgangsverstärkungsstufe (54), die einen Eingang hat, der in Wirkverbindung mit dem durch Gleichstrom angepassten Ausgang der Gleichstrom-Offset-Stufe (52) steht, und einen verstärkungsangepassten Ausgang bei der Ausgangsbitrate (24) hat, wobei eine Verstärkung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Ausgangsverstärkungsstufe (54) mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate (20) basiert.

7. Verfahren zum Umwandeln analoger Daten in digitale Daten bei variablen Abtastraten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Empfangen eines Eingangsbitdatenstroms bei einer Eingangsbitrate (252);

(b) Anpassen des Eingangsbitdatenstroms, der auf einem Eingangsverstärkungswert basiert, um einen verstärkungsangepassten Bitdatenstrom (254) zu erzeugen, wobei der Eingangsverstärkungswert mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate basiert;

(c) Integrieren des verstärkungsangepassten Bitdatenstroms (256), um einen integrierten Bitdatenstrom bei einer Ausgangsbitrate zu erzeugen, wobei die Ausgangsbitrate bei der Eingangsbitrate liegt; und

(d) Kammfiltern des integrierten Bitdatenstroms, um einen kammgefilterten Bitdatenstrom (258) bei einer Rate zu erzeugen, die kleiner ist als die Eingangsbitrate.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst:

(e) eine Gleichstromkomponente aus dem kammgefilterten Bitdatenstrom (260) im Wesentlichen entfernen, wobei die Gleichstromkomponente mindestens teilweise auf der Eingangsbitrate basiert; und

(f) Anpassen einer Größe des kammgefilterten Bitdatenstroms durch einen Ausgangsverstärkungswert (262), der mindestens teilweise auf der Ausgangsbitrate basiert.