FI103745B

FI103745B - Signaalinkäsittelymenetelmä ja -laite

Info

Publication number: FI103745B
Application number: FI973919A
Authority: FI
Inventors: Lauri Lipasti; Arhippa Kovanen
Original assignee: Atmel Corp
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1999-08-31
Also published as: FI973919A0; MY133001A; CN1112777C; WO1999020004A1; EP1021876A1; FI973919A; FI103745B1; CN1256037A; KR20010012348A; HK1025695A1; JP2002510455A; CA2274637A1; TW408531B; NO992777L; EP1021876A4; NO992777D0

Description

« 103745

Signaalinkäsittelymenetelmä ja -laite

Keksintö liittyy digitaaliseen signaalinkäsittelyyn ja erityisesti sigma-deltamodulaattorilla tuotetun pulssitiheysmoduloidun (PDM) signaalin tason-5 säätöön.

Signaalinkäsittelyn perusoperaatiot, kertolasku ja yhteenlasku voidaan toteuttaa tunnetusti analogisilla signaalinkäsittelylohkoilla tai analogia-signaali voidaan muuntaa digitaaliseksi A/D muunninta käyttäen ja suorittaa halutut signaalinkäsittelyoperaatiot digitaalisesti. Tulokset voidaan muuntaa 10 jälleen analogiasignaaleiksi D/A muunninta käyttäen. A/D- ja D/A-muunnos tehdään tietyllä näytetaajuudella ja tietyllä resoluutiolla.

Sigma-Delta muuntimet ovat yleistyneet A/D ja D/A muuntimina viimeaikoina voimakkaasti. Sigma-Delta A/D muuntimessa analogisen signaalin muunnos kantataajuiseksi digitaaliseksi signaaliksi on kaksivaiheinen. Ensim-15 mäisessä vaiheessa muunnetaan tulosignaali Sigma-delta-modulaattorilla yksi- tai muutamabittiseksi ylinäytteistetyksi signaaliksi. Toisessa vaiheessa tämä ylinäytteistetty yksi- tai muutamabittinen signaali desimoidaan digitaalista suodatusta käyttäen kantataajuudeile. Sigma-delta-tekniikkaa ja -muuntimia on kuvattu esimerkiksi artikkeleissa:

20 [1] ”An Overview of Sigma-Delta Converters”, P.M. Aziz et ai, IEEE

Signal Processing Magazine, January 1996, s. 61-84.

[2] ’’Oversampling Delta-sigma Data Converters: Theory, Design and Simulation”, J.C. Candy et ai, IEEE Press NJ 1992, s. 1-25.

[3] ’’Design Methology for Sigma-Delta Modulation”, B.P. Agrawal et : 25 ai, IEEE Transactions on Communications, Voi COM-31, March 1983, s. 360- 370.

Ylinäytteistetty sigma-delta-modulaattorin lähtösignaali on pulssiti-heysmoduloitu (PDM) esitysmuoto sisääntulotulosignaalista. Sigma-delta A/D-muuntimissa modulaattorilla muunnetaan analogiasignaali pulssitiheysmodu-30 loituun (PDM) muotoon. PDM-sianaali on yksi- tai muutamabittistä (esim. 2-4 bittistä) ylinäytteistettyä signaalia. PDM-signaalin pulssien suhteellinen tiheys määrittää sisääntulosignaalin amplitudin. Taajuustasossa PDM-signaalin spektrin kantataajuinen osa muodostaa signaalikaistan ja spektrin korkeammilla taajuuksilla on sigma-delta-modulaattorin kohinanmuokkausfunktion 35 tuottamaa kvantisointikohinaa. Resoluutio signaalitaajuuksilla on saatu näin vaihdettua ylinäytteistyksen nopeuteen. Sigma-delta-modulaattorin kohinan- 103745 2 muokkauskyky riippuu tunnetusti sen asteluvusta, ja suurempiasteiset modulaattorit siirtävät tehokkaammin kvantisointikohinaa pois signaalikaistalta. Myös ylinäytesuhdetta kasvattamalla saadaan signaalikaista suhteellisesti kapeammaksi ja sille lankeavan kohinan osuus pienemmäksi. Signaalikaistan 5 kohinan määrää Sigma-delta-modulaattorissa voidaan lisäksi säädellä modulaattorin siirtofunktion avulla, mm. asettamalla sopiville taajuuksille siirtofunktioon nollia.

Viime aikoina on kirjallisuudessa esitetty ratkaisuja, joilla signaalin-käsittelyoperaatioita voidaan rajoitetusti toteuttaa PDM-signaaleja käyttäen. 10 Tällöin saavutetaan digitaalisen signaalinkäsittelyn tunnetut edut, kuten tarkkuus, toistettavuus, tunnottomuus häiriöille, jne. Kun signaalia käsitellään suoraan ylinäytteistetyssä PDM-muodossa, sitä ei tarvitse muuntaa signaalinkäsittelyä varten Nyquist-taajuiseksi pulssikoodimoduloiduksi (PCM) signaaliksi. Tällöin desimointi- ja interpolointisuodattimet, joilla PDM-signaalista tuotetaan 15 kantataajuinen PCM-signaali, voidaan jättää signaalinkäsittelypisteissä pois. Tämä on merkittävä etu, koska sigma-delta modulaattori, joka muodostaa PDM-signaalin on piiritoteutuksena yleensä pieni ja yksinkertainen, kun taas desimointi- ja interpolointisuodatin on usein suuri ja kompleksinen piirirakenne, joka vaatii paljon piiripinta-alaa integroidussa piiritoteutuksessa ja sitä kautta 20 aiheuttaa lisäkustannuksia. Esimerkiksi artikkeli [4], "Design and Analysis of Delta-Sigma Based HR Filters”, D.A. John et ai, IEEE Transactions on Circuits and Systems-ll: Analog and Digital Signal Processing, Voi. 40, NO. 4, April 1993, s. 233-240, esittää monisisäätuloisen A/D-muuntimen, jossa kukin sisääntulo suodatetaan erikseen ja summataan yhteen ennen yhteistä desi-25 mointisuodatinta. Tällä tavoin voidaan toteuttaa esimerkiksi audiomiksaus-pöytä.

Eräs tärkeä signaalinkäsittelyn muoto on signaalin tasonsäätö: vahvistaminen ja/tai vaimentaminen. Tämä ominaisuus on erittäin käyttökelpoinen erityisesti audiosovellutuksissa, kuten edellä mainitussa audiomiksauspöydäs-30 sä. Siten olisi edullista voida toteuttaa tasonsäätö myös suoraan PDM-signaalille. Yllä mainitussa artikkelissa [4] on kuviossa 1 esitetty sigma-delta-vaimennin, jossa ylinäytteistetty 1-bittinen signaali (PDM) kerrotaan monibitti-sellä kertoimella a1 ja tuloksena saatava monibittinen signaali syötetään digitaaliselle sigma-delta-modulaattorille, joka antaa ulostulona 1-bittisen PDM-35 signaalin, l-bittisen PDM-signaalin kertoja on toteutettu 2-sisääntuloisena multiplekserina (valitsin), joka sisääntulevan PDM-signaalin tilan mukaan välit- 103745 3 see ulostuloksi luvun a1 tai -a1. Artikkelissa on esitetty myös tarkoitukseen sopiva digitaalinen sigma-delta-suodatin. Vaimennin saadaan toteutettua kun mainittu monibittinen kerroin on ykköstä pienempi luku. Sigma-delta-modu-laattorin takaisinkytkennän arvon ollessa b ja mainitun kertoimen a saadaan 5 valmennussuhteeksi a/b.

Ongelmana tässä tunnetussa ratkaisussa on, että PDM-signaalia on voitu ainoastaan vaimentaa, joten kaikki kertolaskut on ollut pakko tehdä ykköstä pienemmillä kertoimilla. PDM-signaalin vahvistaminen ei ole katsottu mahdolliseksi, koska sigma-delta-modulaattorin rakenteesta johtuen modulo laattorin sisääntulon arvo ei voi ylittää tai edes tulla lähelle modulaattorin takaisinkytkennän arvoa. Sigma-delta-modulaattori on ehdollisesti stabiili rakenne ja integraattoreiden lähtösignaalit karkaavat, kun sisääntulo ylittää tietyn arvon. Analogisessa sigma-delta-modulaattorissa sisäänmenon arvo saa olla normaalisti, modulaattorin asteluvusta ja rakenteesta riippuen, luokkaa 0,3 -15 0,7 kertaa takaisinkytkennän arvo, vrt. artikkeli [3]. PDM-signaalin vahvistami nen tällaisessa kytkennässä vaatisi, että sisäänmenevä signaali kerrottaisiin takaisinkytkentää suuremmalla luvulla. Vaikka AD-modulaattorin sisääntulo olisi hyvin pieni ja sitä voitaisiin periaatteessa vahvistaa paljonkin asettamalla tulosignaalin arvot (a) takaisinkytkennän arvoa (b) suuremmaksi, tuloksena 20 syntyvässä PDM-signaalissa ei ole kuin +1 ja -1 arvoja (yksibittinen tapaus). Kerrottaessa syntyisi modulaattorille hetkellisesti liian suuria arvoja. PDM-signaalin tiheys ja energia olisivat keskimäärin edelleen pieniä mutta hetkelliset arvot ajaisivat modulaattorin nopeasti epästabiiliksi.

Keksinnön tavoitteena onkin signaalinkäsittelymenetelmä ja -laite, : 25 joka mahdollistaa myös PDM-signaalin suhteellisen vahvistamisen ilman että kohinataso merkittävästi kasvaa..

Keksinnön tavoitteet saavutetaan signaalinkäsittelymenetelmällä, joka käsittää vaiheet muodostetaan N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali ensimmäisellä sigma-deltamodulaattorilla, missä N=1,2,... ; säädetään pulssi-30 tiheysmoduloidun signaalin tasoa a) kertomalla N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali monibittisellä kertojalla, jonka ulostulo on M-bittinen signaali, missä M>N, b) muuntamalla M-bittinen signaali N-bittiseksi pulssitiheysmoduloi-duksi signaaliksi digitaalisella sigma-deltamodulaattorilla. Menetelmälle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että muunnetaan M-bittinen signaali N-35 bittiseksi pulssitiheysmoduloiduksi signaaliksi digitaalisella sigma-deltamodu- 103745 4 laattorilla, jonka suorituskyky on signaalikohinasuhteen osalta parempi kuin mainitulla ensimmäisellä sigma-deltamodulaattorilla.

Keksinnön kohteena on myös signaalinkäsittelyjärjestelmä, joka käsittää ensimmäisen sigma-deltamodulaattorin, jolla muodostetaan N-bittinen 5 pulssitiheysmoduloitu signaali, missä N=1,2,...; pulssitiheysmoduloidun signaalin tasonsäätövälineet, jotka käsittävät a) monibittisen kertojan, jonka sisääntulo on N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali ja ulostulo on M-bittinen signaali, missä M>N, b) digitaalisen sigma-deltamodulaattorin, joka muuntaa M-bittisen signaalin N-bittiseksi pulssitiheysmoduloiduksi signaaliksi. Järjes-10 telmälle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että mainitun digitaalisen sigma-deltamodulaattorin suorituskyky on signaalikohinasuhteen osalta parempi kuin mainitulla ensimmäisellä sigma-deltamodulaattorilla.

Yksibittinen pulssitiheysmoduloitu PDM-signaali tuotetaan ensimmäisellä sigma-delta-modulaattorilla, joka on esim. analoginen modulaattori.

15 Tasonsäätö suoritetaan kertomalla yksibittinen pulssitiheysmoduloitu (PDM) signaali monibittisellä kertoimella, niin että saadaan monibittinen lukuvirta, joka muunnetaan takaisin yksibittiseksi PDM-signaaliksi toisella sigma-delta-modulaattorilla, joka on edullisesti digitaalinen modulaattori.

Keksinnön perusajatuksen mukaisesti mainitun toisen sigma-delta-20 modulaattorin, jolla monibittinen lukuvirta muunnetaan takaisin PDM-signaa-liksi, suorituskyky on signaalikohinasuhteen osalta parempi kuin mainitulla ensimmäisellä sigma-deltamodulaattorilla. Näin kokonaissignaalikohinasuhtees-sa (SNR) on merkittävin tekijä ensimmäisen sigma-delta-modulaattorin, jolla PDM-signaali alunperin tuotettiin, kohinataso. Tällöin mainitussa myöhemmäs-25 sä toisessa sigma-delta-modulaattorissa voidaan PDM-signaalia vaimentaa saman verran kuin on modulaattoreiden SNR-suorituskyvyn erotus, ilman että kokonaissignaalikohinasuhde huononee. Esimerkiksi, jos ensimmäisen sigma-delta-modulaattorin SNR on maksimiherätteellä 90 dB ja toisen sigma-deltamodulaattorin SNR on 110 dB, voidaan toisessa modulaattorissa vaimentaa 30 PDM-signaalia melkein 20 dB huonontamatta signaalikohinasuhdetta. Tämä on mahdollista, koska jälkimmäisessä modulaattorissa vaimenee signaalin lisäksi tietysti myös signaalikaistalla oleva ensimmäisen modulaattorin kohina lähestyen toisen modulaattorin rakenteen asettamaa kohinalattiaa.

PDM-signaali on näin skaalattu hieman alemmalle tasolle suoritus-35 kyvyn huononematta. Vaikka myös toinen sigma-delta-modulaattori vaimentaa signaalia, vaimennus voi olla pienempi kuin mainittu suorituskykyero (yllä 103745 5 esimerkissä 20 dB) jolloin saavutetaan suhteellinen vahvistuminen. Kun PDM-signaalia vaimennetaan vähemmän kuin mainittu suorituskyvyn erotus, saadaan kokonaissignaalikohinasuhteeksi sama kuin edeltävällä analogisella modulaattorilla. Esimerkin tapauksessa voidaan signaalin nominaalitaso kiin-5 nittää kohtaan, jossa ensimmäinen modulaattori antaa täyden signaalin ja toinen modulaattori vaimentaa signaalia 20 dB:iä. Toisen asteen vaimennus olkoon C. Kokonaissignaalikohinasuhteeksi saadaan siten esimerkkitapauksessa 90 dB signaalin ollessa välillä +20 - 0 dB:iä ja 90 + 20 - (c), kun c on välillä 20-110 dB. iä ja siten järjestelmän vaimennus välillä 0-90 dB: iä.

10 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 on lohkokaavio, joka esittää keksinnön mukaisen PDM-tasonsäätimen kytkettynä analogisen sigma-delta-A/D-muuntimen jälkeen;

Kuvio 2 on kuvaaja, joka esittää analogisen sigma-delta-muuntimen 15 ja digitaalisen sigma-delta muuntimen kohina- ja signaalitasot sekä käytettävissä olevan säätöalueen taajuuden funktiona;

Kuvio 3 on lohkokaavio, joka esittää monikanavaisen PDM-tason- säätimen.

Viitaten kuvioon 1, analoginen sigma-delta-modulaattori 2 tekee 20 analogiselle sisääntulosignaalille sisääntulossa 1 A/D-muunnoksen 1-bittiseen pulssitiheysmoduloituun (PDM) muotoon. Modulaattori 2 voi olla esimerkiksi jokin artikkelissa [1] esitetty sigma-delta-A/D-muunninrakenne. Oletetaan, että modulaattori 2 on kolmannen asteen sigma-delta-modulaattori, jonka signaali-kohinasuhde on noin 100dB. Yksibittinen PDM-signaali, joka voi saada arvot : 25 +1 ja -1, syötetään PDM-tasonsäätimelle 3.

Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukainen PDM-tason-säädin 3 käsittää digitaalisen modulaattorin 4 ja sitä edeltävän kertojan 300. Tasonsäätö suoritetaan kertomalla yksibittinen pulssitiheysmoduloitu (PDM) signaali monibittisellä kertoimella a kertojassa 300, niin että saadaan monibit-30 tinen lukuvirta, joka muunnetaan takaisin yksibittiseksi PDM-signaaliksi digi- i taalisella sigma-delta-modulaattorilla 4.

Yksibittisen PDM-signaalin tapauksessa kertoja 300 voidaan toteuttaa yksinkertaisella multiplekserilla tai valitsimella, joka tuottaa ulostuloksi +a tai -a sen mukaan onko sisääntulon arvo +1 vai -1. Kertojan 300 ulostulona 35 on siten monibittinen lukuvirta, joka koostuu luvuista +a ja -a. Kertoja 300 voi olla rakenteeltaan samanlainen kuin artikkelissa [4] on esitetty. Kertojalla voi 103745 6 olla yksi kiinteä kerroin tai kertoimen arvo voi olla säädettävä. Kuviossa 1 esitetyssä keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa voidaan valintasignaalilla SELECT valita yksi useasta kertoimesta a1...an ja sitä kautta asettaa haluttu vaimennus tai vahvistus. Kertoimet voivat olla esimerkiksi taulukon 1 mukai-5 set. Taulukossa on esitetty 32 kertoimen a arvoa, jotka antavat säätöalueen +12 dB ....-34,5 dB 1,5 dB:n askelin.

Taulukko 1

Kerroin a Vahvistus (dB) 872 +12.0 734 105 617 9.0 519 7,5 437 6,0 368 4.5 309 3.0 260 1.5 219 0 184 -1.5 155 -3.0 130 -4.5 110 -6.0 92 -7.5 78 -9.0 65 -10.5 55 -12.0 46 -13.5 : 39 -15.0 33 -16.5 28 -18.0 23 -19.5 20 :2TÖ 16 -22.5 14 -24.0 12 -25.5 10 -27.0 8 -28.5 7 -30.0 6 -31.5 5 -33.0 4 -34.5 7 103745

Digitaalinen modulaattori 4 on neljännen asteen modulaattori, joka käsittää summaimien 400-403, integraattorien 404-407 ja kvantisoijan 408 sekä takaisinkytkennät 409-412, joiden takaisinkytkentäkertoimet ovat vastaavasti r1-r4. On huomattava, että modulaattorin 4 yksityiskohtaisella toteutuk-5 sella ja rakenteella ei sinänsä ole keksinnön kannalta merkitystä. Keksinnön kannalta on merkitystä vain sillä, että modulaattorin 4 suorituskyky on parempi kuin modulaattorin 2 , kuten alla tullaan selittämään. Modulaattorin 4 sisääntulona on mainittu lukuvirta, joka koostuu luvuista +a ja -a. Modulaattorin 4 ulostulona 5 on 1-bittinen yIinäytteistetty PDM-signaali. PDM-signaalin taso 10 säätyy tasonsäätimessä 3 suhteella a/r1. Sigma-delta-modulaattorin epästabiilista luonteesta johtuen modulaattorin 4 sisääntulon arvo ei voi lähestyä modulaattorin sisäistä referenssijännitteen arvo, eli kertoimen a on oltava pienempi kuin takaisinkytkentäkerroin Π. Tämän vuoksi PDM-signaalia voidaan vain vaimentaa kertojassa 300.

15 Järjestelmän tasolla, ts. sisääntulon 1 ja ulostulon 5 välillä, voidaan vahvistusta kuitenkin saada aikaan, kun digitaalisen sigma-delta-modulaattorin on kohinanmuokkaussuorituskyvyn osalta korkeampi kuin modulaattorilla 2. Kohinanmuokkaussuorituskyky voi olla modulaattorilla 4 korkeampi esimerkiksi korkeamman asteluvun ansiosta, useampibittisen kvantisoinnin ja takaisinkyt-20 kennän ansiosta tai suuremman ylinäytesuhteen ansiosta, tai jonkin näiden yhdistelmän ansiosta. Kuvion 1 suoritusmuodossa modulaattori 4 on neljännen asteen modulaattori kun taas modulaattori 2 on kolmannen asteen modulaattori. Kun PDM-signaalin käsittelypolulla suurempiasteinen (tai muuten kohi-nanmuokkaussuorituskyvyltään parempi) modulaattori seuraa pienempias-: 25 teista modulaattoria, pienempiasteisen modulaattorin kohinataso on määrää vin järjestelmän kokonaissignaalikohinasuhteessa (SNR). Kuvion 1 tapauksessa signaalikohinasuhde ulostulossa 5 määräytyy siten ensisijaisesti modulaattorin 2 signaalikohinasuhteen perusteella. Modulaattorin 4 suorituskyvyn on oltava vähintään halutun vahvistustarpeen, ja edullisesti lisäksi sopivan . 30 stabiilisuusmarginaalin, verran parempi kuin modulaattorin 2 ja sisääntulevan PDM-signaalin signaalikohinasuhde. Kun tasonsäätimen 3 modulaattorin 4 signaalikohinasuhde on huomattavasti parempi kuin sisääntulevan PDM-signaalin, tasonsäätövälineessä voidaan laskea koko PDM-signaalin tasoa huonontamatta juuri lainkaan signaalikohinasuhdetta. Tämä on mahdollista, 35 koska hyötysignaalin lisäksi myös PDM-signaalin sisältämä kohina vaimenee. Signaali on näin skaalattu hieman alemmalle tasolle suorituskyvyn huonone- 8 103745 matta. Vaikka myös modulaattorissa 4 PDM-signaalia vaimennetaan, on ta-sonsäätimessä 4 mahdollista vaimentaa signaalia vähemmän kuin mainittu modulaattoreiden 2 ja 4 suorituskykyjen erotus ja saavuttaa suhteellinen vahvistuminen.

5 Tarkastellaan keksinnön mukaisen tasonsäätimen toimintaa esi merkin avulla viitaten kuvion 3 kuvaajaan. Oletetaan, että analoginen modulaattori 2 on kolmannen asteen modulaattori, jonka signaalikohinasuhde on noin 100 dB. Modulaattori 4 on neljännen asteen digitaalinen modulaattori, jonka signaalikohinasuhde noin 120 dB, eli noin 20 dB parempi kuin modulo laattorilla 2. Haluttu säätöalue on +12 dB...-34,5 dB 1,5 dB:n askelin. Modulaattorin 4 stabiilisuuden varmistamiseksi suhde a/r1 on 0,5 eli -6 dB. Referenssin r1 arvo saadaan laskettua maksimivaimennuksen (-34,5 dB) ja vaadittavan tarkkuuden (< 0.3 dB) funktiona. Oletetaan näin referenssiluvuksi 1744. Nyt vahvistusta +12 dB vastaa sisääntulevan PDM-signaalin kertominen 15 luvulla 872 ja suurinta vaimennusta vastaa PDM-signaalin kertominen luvulla 4. Edellä esitetyssä taulukossa 1 on listattu kertoimen a kaikki eri arvot ja vastaavat vahvistukset, kun referenssin r1 arvo on vakio 1744. Kun modulaattoreiden 2 ja 4 välinen suorituskykyero on 20 dB ja stabiilisuusvaraksi asetettiin 6 dB, on käytettävissä oleva vahvistusalue noin 14 dB.

20 Esillä olevassa esimerkissä signaalikohinasuhde pysyy suunnilleen samana alueella +12...-1,5 dB kuin mitä se on modulaattorin 2 jälkeen. Suuremmilla vaimennuksilla sisääntulosignaalin oma kohina on vaimennettu modulaattorin 4 kohinalaattien 22 alapuolelle, jolloin vaimennettu hyötysignaali 25 ja kohinalattia 22 määrää signaalikohinasuhteen ulostulossa 5.

: 25 Keksintöä on edellä kuvattu 1-bittisen PDM-signaalin yhteydessä.

Keksintöä voidaan kuitenkin suoraan soveltaa myös useampibittiselle PDM-signaalille esimerkiksi 2-4 bittiä.

Kuvioon 1 viitaten kuvatussa keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa analoginen modulaattori 2, kertoja 300 ja digitaalinen modulaattori 30 4 on esitetty peräkkäin kytkettyinä. Käytännössä nämä yksiköt voivat sijaita signaalinkäsittelyjärjestelmässä toisistaan erillään siten, että niiden välissä on muita signaalinkäsittelyvaiheita. Eräs esimerkki tällaisesta signaalinkäsittely-järjestelmästä on esitetty kuviossa 3.

Kuviossa 3 on kolme analogista sisääntulosignaalia 31, 32 ja 33, 35 jotka syötetään vastaaville analogisille sigma-delta-modulaattoreille 34, 35 ja 36. Modulaattorit 34, 35 ja 36 tuottavat PDM-signaalit 37, 38 ja vastaavasti 39, 103745 9 jotka syötetään kertojille 40, 41 ja vastaavasti 42. Kertojat 40, 41 ja 42 tuottavat monibittiset lukuvirrat 43, 44 ja vastaavasti 45, jotka summataan summai-messa 46 monibittiseksi lukuvirraksi 47. Signaali 47 muutetaan digitaalisella sigma-delta-modulaattorilla 48 PDM-signaaliksi 49. Modulaattorit 34-36 voivat 5 olla rakenteeltaan samanlaisia kuin modulaattori 2 kuviossa 1. Kertojat 40-42 voivat olla rakenteeltaan samanlaisia kuin kertoja 300 kuviossa 1. Modulaattori 48 voi olla rakenteeltaan samanlainen kuin modulaattori 4 kuviossa 1. Eräs kuvion 3 tyyppisen signaalinkäsittelylaitteiston sovellus on audiomiksauspöytä.

Keksintöä voidaan soveltaa PDM-signaalin tasonsäätöön kaikissa 10 sigma-delta-rakenteissa. Tyypillisiä sovelluskohteita ovat audiosovellusten lisäksi IIR-ja FIR-suodatinrakenteet.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaih-15 della patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

10 103745 Patentti vaati m u kset

1. Signaalinkäsittelymenetelmä, joka käsittää vaiheet muodostetaan N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali ensimmäisellä sigma-deltamodulaattorilla, missä N=1,2,..., 5 säädetään pulssitiheysmoduloidun signaalin tasoa a) kertomalla N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali monibittisellä kertojalla, jonka ulostulo on M-bittinen signaali, missä M>N, b) muuntamalla M-bittinen signaali N-bittiseksi pulssitiheysmoduloi-duksi signaaliksi digitaalisella sigma-deltamodulaattorilla, tunnettu siitä, 10 että muunnetaan M-bittinen signaali N-bittiseksi pulssitiheysmoduloiduk-si signaaliksi digitaalisella sigma-deltamodulaattorilla, jonka suorituskyky on signaalikohinasuhteen osalta parempi kuin mainitulla ensimmäisellä sigma-deltamodulaattorilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tasonsäätövaihe käsittää lisäksi vaiheen aikaansaadaan pulssitiheysmoduloidun signaalin suhteellinen vahvistuminen kertomalla mainittu N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali kertoimella, joka vastaa mainittua suorituskykyjen erotusta pienempää vaimen- 20 nusta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään digitaalista sigmadeltamodulaattoria, jonka kohinanmuok-kaussuorituskyky on parempi kuin ensimmäisen modulaattorin yhden tai use- : ämmän seuraavan tekijän ansiosta: korkeampi asteluku, useampibittinen 25 kvantisointi, useampibittinen takaisinkytkentä, suurempi ylinäytesuhde.

4. Signaalinkäsittelyjärjestelmä, joka käsittää ensimmäisen sigma-deltamodulaattorin (2), jolla muodostetaan N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali, missä N=1,2,..., pulssitiheysmoduloidun signaalin tasonsäätövälineet (3), jotka kä- 30 sittävät a) monibittisen kertojan (300), jonka sisääntulo on N-bittinen pulssitiheysmoduloitu signaali ja ulostulo on M-bittinen signaali, missä M>N, b) digitaalisen sigma-deltamodulaattorin (4), joka muuntaa M-bitti-sen signaalin N-bittiseksi pulssitiheysmoduloiduksi signaaliksi, tunnettu 35 siitä, että „ 103745 mainitun digitaalisen sigma-deltamodulaattorin (4) suorituskyky on signaalikohinasuhteen osalta parempi kuin mainitulla ensimmäisellä sigma-deltamodulaattorilla (2).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, 5 että tasonsäätövälineellä (3) suhteellinen vahvistus, kun monibittisen kertojan (300) kerroin vastaa mainittua suorituskykyjen erotusta pienempää vaimennusta.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainitun digitaalisen sigmadeltamodulaattorin (4) kohinanmuokkaus- 10 suorituskyky on parempi kuin ensimmäisen modulaattorin (2) yhden tai useamman seuraavan tekijän ansiosta: korkeampi asteluku, useampibittinen kvantisointi, useampibittinen takaisinkytkentä, suurempi ylinäytesuhde.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 4-6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen modulaattori (2) on analoginen sigma-delta- 15 modulaattori.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 4-7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä on pulssitiheysmoduloitujen signaalien digitaalisen suodatin, kuten HR tai FIR suodatin.

9. Jonkin patenttvaatimuksen 4-8 mukainen järjestelmä, t u n - 20. e 11 u siitä, että järjestelmä on audiojärjestelmä.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 4-9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kertojan (300) kertoimen arvo on portaittain säädettävä. 103745 12