FI92533C - Sigma-delta modulator - Google Patents

Sigma-delta modulator Download PDF

Info

Publication number
FI92533C
FI92533C FI920379A FI920379A FI92533C FI 92533 C FI92533 C FI 92533C FI 920379 A FI920379 A FI 920379A FI 920379 A FI920379 A FI 920379A FI 92533 C FI92533 C FI 92533C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
modulator
signal
error
integration
output
Prior art date
Application number
FI920379A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI92533B (en
FI920379A0 (en
FI920379A (en
Inventor
Hannu Tenhunen
Teppo Karema
Tapani Ritoniemi
Original Assignee
Teppo Karema
Tapani Ritoniemi
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teppo Karema, Tapani Ritoniemi filed Critical Teppo Karema
Priority to FI920379A priority Critical patent/FI92533C/en
Publication of FI920379A0 publication Critical patent/FI920379A0/en
Publication of FI920379A publication Critical patent/FI920379A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI92533B publication Critical patent/FI92533B/en
Publication of FI92533C publication Critical patent/FI92533C/en

Links

Landscapes

  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

1 925331 92533

Sigma-delta-modulaattorijarjestelmåSigma-delta modulator

KeksinnOn kohteena on sigma-delta-modulaattorijSr-jestelma, jossa on ensimmainen sigma-delta-modulaattori, 5 joka kasittaa vahintaan kaksi integrointiastetta ja kvan-tisointivaiineen, paasignaalin kvantisoimiseksi; valine ensimmaisen modulaattorin kvantisointivirhetta tai integ-roidun signaaliestimaatin virhetta edustavan virhesignaa-lin muodostamiseksi; toinen sigma-delta-modulaattorivaii-10 ne, joka kasittaa vahintaan kaksi integrointiastetta ja kvantisointivalineen, mainitun virhesignaalin kvantisoimiseksi; derivointivaiine, jonka siirtofunktio on oleel-lisesti sama kuin ensimmaisen modulaattorivaiineen integ-rointiasteiden yhteisen siirtofunktion kaanteisfunktio, 15 toisen modulaattorivaiineen ulostulosignaalin derivoimi-seksi; våline kvantisoidun paasignaalin viivastamiseksi toisen modulaattorivaiineen viiveen verran; ja vaiine de-rivoidun virhesignaalin vahentamiseksi viivastetysta kvan-tisoidusta paasignaalista.The invention relates to a sigma-delta modulator system having a first sigma-delta modulator which uses at least two stages of integration and a quantization means for quantizing the main signal; means for generating an error signal representing a quantization error of the first modulator or an error of the integrated signal estimate; a second sigma-delta modulator step 10, which provides at least two stages of integration and a quantization means, for quantizing said error signal; a derivation means having a transfer function substantially the same as the cover function of the common transfer function of the integration stages of the first modulator step for deriving the output signal of the second modulator step; means for delaying the quantized main signal by a delay of the second modulator wave; and means for subtracting the deviated error signal from the delayed quantized pass signal.

20 Sigma-delta-modulaattoreissa (tunnettu myds delta- sigma-modulaattoreina) signaali kvantisoidaan kayttaen vain pienta kvantisointitasojen lukumaaraa (2-256, joka vastaa 1-8 bitin A/D-muunninta) suurella nopeudella, joka on yleensa 32-512 kertainen verrattuna signaalin taajuu-25 teen. Signaalikaistan Nyquist-taajuisen naytteenoton (2 kertaa hydtysignaalikaista) ja kaytetyn korkean nayt-teenottotaajuuden suhdetta kutsutaan mytis ylinaytteenot-tosuhteeksi (M). Kvantisoijalla tarkoitetaan A/D- ja D/A-muuntimen yhdistelmaa, jossa analoginen signaali muutetaan 30 A/D-muuntimella diskreettiarvoiseksi digitaaliluvuksi jaIn Sigma-delta modulators (known as myds delta-sigma modulators), the signal is quantized using only a small number of quantization levels (2-256, corresponding to a 1-8 bit A / D converter) at a high rate that is generally 32-512 times higher signal frequency-25 I do. The ratio of the Nyquist frequency sampling of the signal band (2 times the hydrogen signal band) to the high sampling frequency used is called the mytis oversampling ratio (M). A quantizer is a combination of an A / D and a D / A converter in which an analog signal is converted to a discrete-valued digital number by a 30 A / D converter, and

muunnetaan heti tSm3n jalkeen takaisin analogiseksi jfln-nitteeksi (arvoksi) D/A-muuntimella. Kvantisointivirheellå (eq) tarkoitetaan analogisen sis&Snmenojannitteen ja analogisen ulostulojSnnitteen erotusjånnitettå (arvoa), kvanti-35 tointikohinalla tarkoitetaan kvantisointivirheen spektriSimmediately after tSm3 is converted back to the analog jfln volume (value) by a D / A converter. Quantization error (eq) means the difference voltage (value) between the analog input voltage and the analog output voltage, quantum-35 operating noise means the spectrum of the quantization error.

2 92533 (Qe), jota sigma-delta-modulaattorin tapauksessa voidaan pitaa valkoisena kohinana, jonka tehollisarvo (E) 1-bitti-selia on (q/2)2, missa q on kvantisointitasojen vSli. Sig-ma-delta-modulaattorin rakenne pyritaan tekemaan sellai-5 seksi, etta kvantisoijassa syntyneelle virheelle saadaan erilainen siirtofunktio (NTF) modulaattorin ulostuloon kuin signaalille sisaanmenosta ulostuloon (STF). Tarkoi-tuksena on saada aikaan kvantisointivirheelle sellainen siirtofunktio NTF, jolla on mahdollisimman suuri vaimennus 10 halutulla paastdkaistalla, ja samanaikaisesti signaalin siirtofunktio STF on mahdollisinunan tasainen paastdkais-talta. STF ja NTF riippuvat toisistaan kaytetyn rakenteen mukaan. Modulaattorin asteluvulla tarkoitetaan NTF funktion astelukua, tai integraattorien lukumaaraå modulaatto-15 rissa. Modulaattoriin astelukua nostamalla kvantisointiko-hinan måaraa voidaan pienentaa paastdkaistalta. Toinen tapa våhentaa kvantisointikohinaa paastdkaistalta on kas-vattaa ylinaytteenottosuhdetta, kuitenkin ylinaytteenot-tosuhteen kasvattaminen nostaa naytteenottotaajuutta, jota 20 toteutuksessa kaytettavat komponentit rajoittavat. Taman vuoksi ainoaksi tavaksi parantaa signaalin (S) ja paastO-kaistalla olevan kvantisointikohinan (Nq) suhdetta (S/Nq) on nostaa modulaattorin astelukua tai yrittaa parantaa NTF-funktiota siten, etta saavutetaan entista suurempi 25 vaimennus paastOkaistalla samalla asteluvulla ja ylinayt-teenottosuhteella.2 92533 (Qe), which in the case of a sigma-delta modulator can be considered as white noise with an rms value (E) of 1-bit celite (q / 2) 2, where q is the vSli of the quantization levels. The structure of the Sig-ma-delta modulator is intended to be such that a different transfer function (NTF) at the output of the modulator is obtained for the error generated in the quantizer than for the signal from input to output (STF). The purpose is to provide for the quantization error a transfer function NTF with the highest possible attenuation 10 in the desired fast band, and at the same time the signal transfer function STF is possible from the fast fast band. STF and NTF depend on each other according to the structure used. The degree of the modulator means the degree of the NTF function, or the number of integrators in the modulator. By increasing the number of degrees in the modulator, the amount of quantization noise can be reduced from the fast band. Another way to reduce the quantization noise from the fast band is to increase the oversampling ratio, however, increasing the oversampling ratio increases the sampling frequency, which is limited by the components used in the implementation. Therefore, the only way to improve the ratio of signal (S) to quantization noise (Nq) in the fasting band (S / Nq) is to increase the degree of the modulator or to try to improve the NTF function by achieving a higher attenuation in the fasting band with the same degree and oversampling ratio.

Tavanomaisella tavalla suoraan sarjaankytkettyjen integraattorien muodostama sigma-delta-modulaattori on kuitenkin kaytannOssa vaikea toteuttaa takaisinkytkenta-30 silmukan aiheuttaman varahtelyn vuoksi. Taman vuoksi kor-keamman asteen sigma-delta-modulaattoreita on muodostettu kytkemaiia kaskadiin kaksi tai useampia stabiileja alemman asteen sigma-delta-modulaattoreita. Kaskadikytkennassa ensimmaisena olevan modulaattorin kvantisointivirhe johde-35 taan toisena olevalle modulaattorille ja yhdistamaiia soli 3 92533 pivasti lohkojen ulostulot saadaan signaalikaistalla ole-van kvantisointikohinan maaraa pienennettya. Artikkelissa "A 16-bit Oversampling A-to-D Conversion using Triple-Integration Noise Shaping", IEEE Journal of Solid State Cir-5 cuits, Vol. SC-22, No. 6, joulukuu 1987, s. 921-929, on kuvattu ensimmaisen asteen sigma-delta-modulaattoreiden kaskadiin kytkemista niin sanotulla MASH-tekniikalla. FI-patentissa 80548 on kuvattu korkeamman asteen sigma-delta-modulaattoreiden kaskadikytkentOja.However, in a conventional manner, a sigma-delta modulator formed by directly connected integrators is difficult to implement in use due to the variation caused by the feedback loop. Therefore, higher order sigma-delta modulators are formed in a cascade of two or more stable lower order sigma-delta modulators. In the cascade, the quantization error of the first modulator is passed to the second modulator, and the outputs of the blocks are combined to reduce the amount of quantization noise in the signal band. In "A 16-bit Oversampling A-to-D Conversion Using Triple-Integration Noise Shaping," IEEE Journal of Solid State Cir-5 cuits, Vol. SC-22, no. 6, December 1987, pp. 921-929, describes the cascade coupling of first order sigma-delta modulators by the so-called MASH technique. FI patent 80548 describes cascade couplings of higher order sigma-delta modulators.

10 KeksinnOn kohteena on kahden sigma-delta-modulaat- torilohkon kytkemiseksi kaskadiin siten, etta saavutetaan parempi S/N^ kuin saman asteisella modulaattorijarjestel-maiia samoilla ylinaytteenottosuhteilla oli aiemmin mah-dollista.It is an object of the invention to cascade two sigma-delta modulator blocks in such a way that a better S / N2 is achieved than was previously possible with modulator systems of the same degree with the same oversampling ratios.

15 Tama saavutetaan aloituskappaleessa esitetyn tyyp- piselia sigma-delta-modulaattorijarjestelmaiia, jolle on keksinnOn mukaisesti tunnusomaista, etta toisessa modu-laattorissa on ainakin yhden integrointiasteen ulostulosta negatiivinen takaisinkytkenta edeltavan integrointiasteen 20 sisaantuloon, ja etta takaisinkytkentasilmukka on vii-veellinen.This is achieved by a sigma-delta modulator system of the type described in the preamble, which according to the invention is characterized in that the second modulator has a negative feedback from the output of at least one integration stage to the input of the preceding integration stage 20, and that it is input.

KeksinnOn mukaan kaksi n-asteista 1-bittiselia kvantisoijalla toteutettua sigma-delta-modulaattorilohkoa kytketaan kaskadiin siten, etta jaikimmainen modulaattori-25 lohko kvantisoi ensimmaisessa modulaattorilohkossa synty-neen kvantisointivirheen jannitteen (arvon) skaalattuna skaalaimella 1/C jaikimmaisen modulaattorin toiminta-alu-eelle. jaikimmaisen lohkon 1-bittinen data suodatetaan digitaalisella suodattimella, joka on kaanteisfunktio en-30 simmaisen lohkon STF-funktiolle ja kerrotaan skaalaimella C taten vahennetaan ensimmaisen lohkon 1-bittisesta datas-ta, joka on viivastetty jaikimmaisen modulaattorilohkon aiheuttaman viiveen verran. Nain saadaan ensimmaisen lohkon ulostulosta vahennettya jaikimmaiselia modulaattori-35 lohkolla kvantisoitu ensimmaisen lohkon kvantisointivirhe.According to the invention, two n-degree 1-bit sigma-delta modulator blocks implemented with a quantizer are cascaded so that the last modulator-25 block quantizes the quantization error (value) of the modulation error generated in the first modulator block by the e-scale. the 1-bit data of the last block is filtered by a digital filter which is a cover function for the STF function of the first block and multiplied by a scaler C to reduce the 1-bit data of the first block delimited by the gate of the last modulator block. Thus, a reduced and quantized error of the first block quantized by the modulator-35 block is obtained from the output of the first block.

4 92533 Nåin saatu digitaalinen ulostulo on 2*n-asteinen sigma-del-ta-modulaattorin ulostulo.4 92533 The digital output thus obtained is the output of a 2 * n-degree sigma-del-ta modulator.

KeksinnOssa kSytettSvSt modulaattorilohkot ovat joko FF- tax MF-tyyppisia. KeksinnOn mukaan kumpikln modu-5 laattorilohko on samaa tyyppia. KeksinnOn mukaan jaikim-måisessS lohkossa voidaan siirtaa NTF-funktion nollaparia siten, etta saavutetaan aikaisempaa pienempi maara kvan-tisointikohinaa signaalin hyOtykaistalla kuin on mahdol-lista samanasteisilla modulaattorijarjestelmilia aikaisem-10 min. Kaikissa aikaisemmin esitetyissa kaskadikytkennOissa kaikki NTF-funktion nollat, joita on lukumaaraitaan aste-luvun verran, ovat 0-taajuudella. KeksinnOn perusajatuk-sena on uusien modulaattorirakenteiden avulla siirtåå modulaattorijar jestelman kohinan muokkausfunktion siirtonol-15 lia ylemmille taajuuksille siten, etta modulaattorijarjes-telman kvantisointikohinan maara paastOkaistalla pienenee verrattuna perinteisiin sigma-delta-modulaattorien kaska-dikytkentOihin nahden. Ylimaaraiselia takaisinkytkentaker-toimella a virhetta kvantisoivassa modulaattorilohkossa 20 jaikimmaisen integraattorin ulostulosta edellisen integ-raattorin sisaanmenoon kytkettyna kohinafunktion nollapari siirtyy 0-taajuudelta kompleksisille konjukaattitaajuuk-sille z-tason yksikkOympyraiia siten etta a:n arvoa kasva-tettaessa toinen nolla kulkee negatiivisen taajuusmuuttu-25 jan suuntaan ja toinen positiivisen taajuusmuuttujan suun-taan. Kohinafunktion siirtonollaparia saadaan siirrettya lisaamana jaikimmaiseen kaskadissa olevaan modulaattoriin takaisinkytkentå yhden integrointiasteen ulostulosta edellisen integrointiasteen sisaantuloon, jolloin takaisinkyt-30 kennan arvo mddraa myOs siirtonollan sijaintipaikan. Tama takaisinkytkenta ja kohinafunktio voidaan toteuttaa vain jaikimmaisessa modulaattorissa siten, etta jaikimmaisen modulaattorin jalkeen kaskadikytkennassa tarvittava digi-taalifunktio pysyy kaytannOssa realisoitavana derivaatto-35 rina.The modulator blocks used in the invention are of either the FF-tax MF type. According to the invention, the modu-5 generator block of each is of the same type. According to the invention, the zero pair of the NTF function can be shifted in the most recent block so that a smaller amount of quantization noise is achieved in the signal usage band than is possible with modulator systems of the same degree in the past 10 minutes. In all of the previously presented cascade circuits, all zeros of the NTF function that are numbered in degree numbers are at the 0 frequency. The basic idea of the invention is to use the new modulator structures to shift the noise modification function of the modulator system to higher frequencies so that the amount of quantization noise in the fasting band of the modulator system is reduced compared to conventional sigma-delta. With an excess feedback factor a in the error quantizing modulator block 20 connected from the output of the last integrator to the input of the previous integrator, the zero pair of the noise function is shifted from the 0 frequency to the complex conjugate frequency. and another in the direction of the positive frequency variable. The transmission zero pair of the noise function can be transferred as an addition to the last modulator in the cascade, feedback from the output of one integration stage to the input of the previous integration stage, whereby the value of the feedback field mddraa myOs transfer zero location. This feedback and noise function can only be implemented in the jaw modulator, so that after the yaw modulator, the digital function required in the cascade remains as a derivative to be realized in use.

I! 5 92533I! 5,92533

Esimerkiksi keksinnttn mukaisessa neljSnnen-asteen modulaattorijarjestelmassa, jossa on kytketty kaskadiin kaksi toisen asteen modulaattoria, voidaan saavuttaa siirtonolla kaytettaessa noin 10 dB:n parannus signaali-5 kvantisointikohinasuhteeseen (SNRQ) verrattuna kaskadira- kenteeseen, jolla kaikki NTF-funktion nollat ovat 0-taa-juudella. Tama puolestaan merkitsee, etta on mahdollista saavuttaa yli 20-bitin SNRQ ylinaytteenottosuhteella 64 tai 16-bitin SNRQ ylinaytteenottosuhteella 32. 8-asteen 10 modulaattorijarjestelmålia, jossa kaytetaan siirtonollaa, on mahdollista saavuttaa jopa 20 bitin SNRQ naytteenotto-suhteella 32. Samalla modulaattorin kohinafunktion astelu-ku pysyy samana ja A/D-muunninrakenteessa tarvittavan di-gitaalisuodattimen vaatimukset pysyvat samana verrattuna 15 vastaavan asteluvun modulaattoriin, jonka kohinafunktion nollat sijaitsevat O-taajuudella. Ylinaytteenottosuhteen pieneneminen samalle vaadittavalle suorituskyvylle ja sig-naalikaistalle helpottavat nopeampien A/D-muuntimien val-mistusta aikaisempiin ratkaisuihin verrattuna. Mytts kor-20 keampiasteisten (n>2) modulaattorilohkoja kaytettaessa, toteutuksessa tarvittavien integraattorien ja vahvistimien tarkkuusvaatimukset lievenevat.For example, in a fourth-order modulator system according to the invention with two second-order modulators cascaded, an improvement in signal-to-signal quantization noise ratio (SNRQ) of about 10 dB can be achieved with transmission with a cascade structure in which all NTF function zeros are 0. juudella. This, in turn, means that it is possible to achieve an SNRQ of more than 20 bits with an oversampling ratio of 64 or a 16-bit SNRQ with an oversampling ratio of 32. An 8-stage 10 modulator system using a shift zero can achieve at least 20 bits of SNRQ with a sampling rate of 32. At the same modulus ku remains the same and the requirements of the digital filter required in the A / D converter structure remain the same compared to a modulator of 15 corresponding degrees, the zeros of the noise function of which are located at the O frequency. The reduction of the oversampling ratio for the same required performance and signal band facilitates the fabrication of faster A / D converters compared to previous solutions. When using Mytts kor-20 lower order (n> 2) modulator blocks, the accuracy requirements of the integrators and amplifiers required for implementation are relaxed.

Keksintoa selitetaan seuraavassa yksityiskohtaisem-min suoritusesimerkkien avulla viitaten oheiseen piirrok-• 25 seen, jossa kuvio 1 esittaa keksinndn mukaisen 2*n-asteen sig-madelta-modulaattorijarjestelman lohkokaavion, kuviot 2 ja 3 esittavat Multiple Feedback -tyyppi-sen ja vastaavasti Feed-forward -tyyppisen 2-asteen modu-30 laattorin, joka soveltuu kaytettavaksi kuvion 1 modulaat-torilohkona SD1, lohkokaaviot, kuvio 4 esittaa eraan kvantisointivirheen kytkemi-seen perustuvan 2-asteen modulaattorin, joka soveltuu kaytettavaksi modulaattorilohkona SD2, lohkokaavion, 35 kuvio 5 on kuvaaja, joka havainnollistaa keksinnOn 6 92533 mukaisen 4-asteen modulaattorijarjestelman ja eraan tun-netun modulaattorijarjestelman kohinaspektreja, kuvio 6 on kuvaaja, joka havainnollistaa keksinnOn mukaisten 4-, 6- ja 8-asteen modulaattorijarjestelmien 5 kohinaspektreja, kuvio 7 esittaa integroidun signaaliestimaatin vir-heen kytkemiseen perustuvan 2-asteen modulaattorin, joka soveltuu kaytettavaksi kuvion 1 modulaattorilohkona SD1, lohkokaavion, 10 kuvio 8 esittaa 2-asteen modulaattorin, joka sovel- tuu kaytettavaksi kuvion 1 modulaattorilohkona SD2, lohkokaavion, kuvio 9 on kuvaaja, joka havainnollistaa parametrin a arvoa kohinafunktion nollan taajuuden funktiona paastO-15 kaistan osalta (1 on paastOkaistan reuna), kun ylinayt- teenottosuhde on 32, ja kuvio 10 on kuvaaja, joka havainnollistaa siir-tonollan sijoittumista z-tason yksikkOympyraile.The invention will now be described in more detail by means of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a block diagram of a 2 * n-degree sig-madelta modulator system according to the invention, Figures 2 and 3 show Multiple Feedback type and Feed-forward, respectively. Fig. 4 is a block diagram of a 2-stage modulator suitable for use as the modulator block SD1 of Fig. 1; Fig. 4 is a block diagram of a 2-stage modulator based on the quantization error coupling suitable for use as the modulator block SD2; illustrating the noise spectra of a 4-stage modulator system according to the invention 62525 and a known modulator system, Fig. 6 is a graph illustrating the noise spectra of the 4-stage, 6- and 8-stage modulator signaling systems of the invention according to the invention; A 2-stage modulator suitable for use Fig. 8 shows a block diagram of a 2-stage modulator suitable for use as the modulator block SD2 of Fig. 1. Fig. 9 is a graph illustrating the value of parameter a as a function of the zero function of the noise function. edge of the fast band) when the oversampling ratio is 32, and Fig. 10 is a graph illustrating the location of the transmission zero in the z-plane unit circles.

Esilia olevalla keksinnOllå on erityinen sovellu-20 tusalue ylinaytteistetyissa A/D-muuntimissa. Ylinaytteis- tyksellå tarkoitetaan yleisesti sita, etta naytteenotto-taajuus Fs on oleellisesti suurempi kuin Nyquist-kriteerin maaraama pienin naytteenottotaajuus, joka on kaksi kertaa signaalin suurin taajuus. Yleensa ylinaytteityksessa kay-25 tettava naytteenottotaajuus on Nyquist-taajuuden kokonais-lukumonikerta, esim. 32 tai 64 (ylinaytteenottosuhde).The present invention has a special field of application in oversampled A / D converters. Oversampling generally means that the sampling frequency Fs is substantially higher than the minimum sampling frequency determined by the Nyquist criterion, which is twice the maximum frequency of the signal. In general, the sampling frequency to be used in oversampling Kay-25 is an integer multiple of the Nyquist frequency, e.g., 32 or 64 (oversampling ratio).

KeksintOS voidaan kuitenkin kayttaa missa tahansa korkeamman asteen sigma-delta-modulaattoria hyOdyntavissa sovellutuksissa.However, the invention can be used in any application utilizing a higher order sigma-delta modulator.

30 Kuviossa 1 on esitetty yleiselia tasolla kahden n- asteen SD1 ja SD2 kytkeminen keksinndn mukaisella tavalla kaskadiin. Kvantisoitava sisaantulosignaali Din syOtetaan ensimmaiselle modulaattorilohkolle SD1, joka muodostaa kvantisoidun 1-bittisen ulostulosignaalin D', jota viivas-35 tetaan viivelohkossa 5 viiveen z‘k verran, k-kellojakson 7 92533 viive, ja viivSstetty kvantisoitu signaali D" sydtetSSn våhentajåelimen 6 yhteen sisåantuloon. Modulaattorilohkon 1 kvantisointivirhe tai integroidun signaaliestimaatin virhe e, joka on skaalattu kertoimella 1/C, sytttetSSn toi-5 selle modulaattorilohkolle SD2, joka muodostaa kvantisoi-dun virhesignaalin e'. Signaali e' derivoidaan derivaatto-rin muodostavalla digitaalisella suodatinlohkolla 3, jonka siirtofunktio (l-z_1)n, jossa n on lohkon SD1 integraatto-rien lukumaårå. Derivoitu ja kvantisoitu virhesignaali e" 10 skaalataan kertoimella C (1/C:n k&ånteisarvo) ja skaalattu virhesignaali eq sydtetåån vahentåjSn 6 toiseen sisSSntu-loon, jolloin kvantisoitu virhesignaali eq vShennetaan kvantisoidusta paasignaalista D", jolloin jarjestelman ulostulosignaaliin D' jaa vain modulaattorilohkon SD2 n-15 kertaa derivoitu kvantisointikohina, joka on 2*n astetta.Figure 1 shows a general level connection of two n-degrees SD1 and SD2 in a cascade according to the invention. The quantizable input signal Din is applied to the first modulator block SD1, which generates a quantized 1-bit output signal D ', which is delayed in the delay block 5 by a delay z'k to the 6th time of the k-clock period. The quantization error of the modulator block 1 or the error e of the integrated signal estimate scaled by a factor of 1 / C is applied to the other modulator block SD2 which generates the quantized error signal e '. The signal e' is derived by the digital -z_1) n, where n is the number of integrators in block SD1. from the quantized main signal D ", whereby the output signal of the system only D 'divides the modulator block SD2 by n-15 times the derived quantization noise, which is 2 * n degrees.

KaytannOssa on edullista, etta modulaattorilohkojen SD1 ja SD2 asteluvut ovat samat ja toteutettu samoilla kerroinarvoilla. Jos modulaattorilohkojen SDl ja SD2 asteluvut ovat erilaiset tai viiveiden lukumaara on toisistaan 20 poikkeava, digitaalinen suodatinlohko 3 tulee vaikeaksi kaytanndssa toteuttaa, koska siina taytyy FIR-derivaatto-rin lisaksi realisoida IIR-osa. Taman vuoksi asteluvultaan erilaisten modulaattorilohkojen SDl ja SD2 kaskadiinkyt-kenta on kåytannGn toteutuksen kannalta vahemman kiinnos-25 tava. Siten keksinnOn edullisissa suoritusmuodoissa myOs lohkon 3 toteuttaman derivaattorin asteluku n on sama kuin modulaattorilohkojen SDl ja SD2 asteluku ja se poistaa modulaattorilohkon SDl integrointien yhteisen siirtofunktion vaikutuksen kvantisoidussa virhesignaalissa e'. Viiveloh-30 kon 5 vi i veen k on oltava sama kuin modulaattorilohkon SD2 viive, ts. sen integraattoreiden yhteenlaskettu viive. Kaytånndllisesså ratkaisussa viive k on modulaattorilohkon SDl asteluvun n verran kellojaksoja, ts. n=k. Virhesignaali skaalataan kertoimella 1/C ennen ja kertoimella C jai-35 keen modulaattorilohkon, skaalauksella signaalin taso saa- 8 92553 daan alennettua lohkon SD2 lineaariselle toiminta-alueel-le. Kertoimen C minimiarvo on modulaattorin kertoimien suhde bn/bi. Kuitenkin jarjestelma toimii tata suuremmilla-kin skaalauskertoimilla C, joskin SNRQ heikkenee verran-5 nollisesti kertoimen kasvattamiseen.In use, it is preferred that the degree numbers of the modulator blocks SD1 and SD2 are the same and implemented with the same coefficient values. If the degree numbers of the modulator blocks SD1 and SD2 are different or the number of delays is different from each other, the digital filter block 3 becomes difficult to implement in use because the IIR part must be realized in addition to the FIR derivative. Therefore, the cascade coupling of modulator blocks SD1 and SD2 with different degrees of degree is of less interest for the implementation of the application. Thus, in preferred embodiments of the invention, the degree n of the derivative implemented by myOs block 3 is the same as the degree n of the modulator blocks SD1 and SD2 and eliminates the effect of the common transfer function of the integrators of the modulator block SD1 in the quantized error signal e '. The delay k to the water k of the delay block 30 must be the same as the delay of the modulator block SD2, i.e. the total delay of its integrators. In the practical solution, the delay k is the number of clock cycles of the degree number SD1 of the modulator block, i.e. n = k. The error signal is scaled by a factor of 1 / C before and by a factor of C to-35 the modulator block, scaling the signal level to 82553 to reduce the linear operating range of block SD2. The minimum value of the coefficient C is the ratio of the modulator coefficients bn / bi. However, the system operates with scaling factors C higher than this, although the SNRQ decreases by a factor of 5 to increase the factor.

KeksinnOn mukainen kahden sigma-delta-modulaattorin kaskadiin kytkenta ei kuvion 1 esittamaiia lohkokaaviota-solla sinansa eroa tunnetuista kaskadikytkennOista. KeksinnOn mukaisesti voidaan kuitenkin sopivilla modulaatto-10 rilohkoihin SD1 ja SD2 rakenteilla parantaa koko modulaat-torijarjestelman kohinanmuokkausfunktiota siten, etta kvantisointikohina modulaattorin paastOkaistalla vahenee. Tama aikaansaadaan keksinnOn mukaisesti siten, etta uusil-la modulaattorirakenteilla siirretaan jarjestelman ko-15 hinanmuokkausfunktion siirtonollia nollataajuudelta ylOs- pain, kun tunnetuissa kaskadiin kytketyissa modulaatto-reissa kaikki kohinansiirtofunktion siirtonollat sijaitse-vat nollataajuudella. Kuvion 5 kuvaaja esittaa tunnetun 4-asteen kaskadirakenteen (FI-patenttijulkaisu 80548) ko-20 hinaspektrin 52 seka keksinnOn mukaisesti kompleksisella siirtonollaparillalla varustetun modulaattorijarjestelman kohinaspektrin 51 siten, etta x-akselin arvo 1 vastaa puolta naytteenottotaajuutta Fs ylinaytteenottosuhteella 32. Kuten kuviosta 5 voidaan nahda, kohinaspektrissa 51 on 25 taajuudella 0,85 x Fs kvantisointikohinassa nollakohta ja siten modulaattorijarjestelman paastOkaistalla olevan ko-hinan kokonaismaara on pienempi kuin perinteisessa 4-as-teen modulaattorijarjestelmassa (spektri 52).The cascade coupling of the two sigma-delta modulators according to the invention does not in itself differ from the known cascade couplings in the block diagram level shown in Figure 1. However, according to the invention, the noise modification function of the entire modulator system can be improved by suitable structures for the modulator blocks SD1 and SD2, so that the quantization noise in the fasting band of the modulator is reduced. This is achieved according to the invention in that the new modulator structures shift the transmission zeros of the noise modification function of the system from zero frequency upside down, when in all known cascaded modulators the transmission zeros of the noise transmission function are located at zero. The graph of Fig. 5 shows the noise spectrum 52 of a known 4-stage cascade structure (FI patent publication 80548) and the noise spectrum 51 of a modulator system with a complex shift zero pair according to the invention, so that the x-axis value 1 corresponds to half the sampling frequency F the noise spectrum 51 has a zero point in the quantization noise at a frequency of 0.85 x Fs and thus the total amount of noise in the fasting band of the modulator system is smaller than in the conventional 4-stage modulator system (spectrum 52).

Taajuudella 0,85*Fs oleva siirtonollapari saadaan 30 siirrettya 0-taajuudelta siten, etta modulaattorilohkoon SD2 lisataan ylimaarainen negatiivinen takaisinkytkenta ainakin yhden integrointiasteen ulostulosta edeltavan in-tegrointiasteen sisaantuloon. Kohinafunktion nollien siir-taminen voidaan realisoida tailaisella takaisinkytkennailå 35 vain jaikimmaisessa modulaattorilohkossa SD2 siten, etta » · 9 92533 digitaalinen funktio, jonka digitaalisen suodattimen 3 tSytyy toteuttaa, sSilyy realisoitavissa olevana derivaat-torina. Taman vuoksi keksinnOn mukaisessa jarjestelmassa modulaattoreita voidaan kytkeå kaskadiin vain kaksi kappa-5 letta pain vastoin kuin tunnetuissa kaskadirakenteissa, joissa kaskadiasteiden maaraa rajoitti vain kytkennan to-teutuksen mielekkyys.A pair of transfer zeroes at a frequency of 0.85 * Fs can be shifted from the 0 frequency by adding an additional negative feedback to the modulator block SD2 at the input of the at least one integration stage preceding the output stage. The shifting of the zeros of the noise function can be realized by such a feedback circuit 35 only in the last modulator block SD2, so that the digital function which the digital filter 3 tSyty implements is a realizable derivative. Therefore, in the system according to the invention, the modulators can be connected to the cascade only in pairs, as opposed to the known cascade structures, in which the number of cascade stages was limited only by the sense of the implementation of the connection.

KeksinnOn mukainen takaisinkytkentå asettaa muuta-mia lisavaatimuksia lohkoille SD1 ja SD2. Modulaattoriloh-10 kojen SD1 ja SD2 integraattorien on oltava viiveellisia (yleisessa tapauksessa våhintaan kahden kellojakson viive modulaattorin uloimmassa kvantisoidun arvon takaisinkyt-kenta silmukassa sisaitaen integraattorien viiveet, ja yhden tai kahden kellojakson viive takaisinkytkennaile a 15 sisaitaen integraattorien viiveet), jotta lohkolla SD2 olisi mahdollista aikaansaada siirtonolla kohinafunktioon. Viiveelliselia integraattorilla tarkoitetaan lohkoa, jonka diskreettiaikainen siirtofunktio on z~/(1-z-1), missa diskreettiaikatason taajuusmuuttuja z vastaa aikatasossa 20 yhden kellojakson viivetta, vastaavasti viivettOmaiia integraattorilla tarkoitetaan lohkoa, jonka diskreettiaikainen siirtofunktio on l/(l-z_1). Jos takaisinkytkentasilmu-kassa a on yksi viive (kuvioissa 3, 4, 7, 8 z:n potenssit d2=0), siirtonolla asettuu tarkasti z-tason yksikkdympy-25 ralle ja saadaan aaretdn vaimennus ko. pisteessa. Jos sita vastoin takaisinkytkentasilmukassa a on kaksi viivetta (kuvioissa 3, 4, 7, 8 z:n potenssit d2=l), siirtonolla asettuu suoralle, joka on yksikkdympyran tangentti pisteessa (1,0), jolloin aivan tarkka siirtonolla saadaan 30 vain ko. pisteessa, kuitenkin nollat sijaitsevat niin la-helia yksikkOympyran kehaa suuremmilla ylinaytteenottosuh-teilla kuin 64, ettei ole merkittavaa eroa signaalikais-talla olevan kvantisointikohinan maarassa tarkkaan nollaan verrattuna. Kuviossa 6 on esitetty simuloidut keksinnOn 35 mukaisten 4-, 6- ja 8-asteen modulaattorijarjestelmien ko- 10 92533 hinaspektrit 61, 62 ja vastaavasti 63. TSllOin lohkoina SD1 ja SD2 on kSytetty vastaavasti 2-, 3- ja 4-asteen sigma-delta-modulaattoreita. MyOs spektreissa 61, 62 ja 63 on spektri nolla taajuudella 0,85 x Fs/2.The feedback according to the invention imposes some additional requirements on blocks SD1 and SD2. The integrators SD1 and SD2 of the modulator blocks 10 must be delayed (in the general case at least two clock cycles delay in the outermost quantized value feedback loop of the modulator including the integrator delays, and the delay of one or two clock cycles should be possible) transfer to the noise function. By delayed integrator is meant a block whose discrete-time transfer function is z ~ / (1-z-1), where the discrete-time frequency variable z corresponds to a delay of one clock cycle at time level 20, respectively. If there is one delay in the feedback loop box a (in Figures 3, 4, 7, 8 the powers of z d2 = 0), the transfer takes precisely the z-level unit dymphatic-25 and the treasure attenuation is obtained. point. If, on the other hand, there are two delays in the feedback loop a (in Figures 3, 4, 7, 8 the powers of z d2 = 1), the transfer is set to a line which is the tangent of the unit circle at the point (1.0), so that the exact transfer gives only 30. however, the zeros are located so high in the over-sampling ratios of the I-helia unit circle as 64 that there is no significant difference in the amount of quantization noise in the signal band compared to exactly zero. Figure 6 shows the simulated price spectra 61, 62 and 63, respectively, of the 4-, 6- and 8-stage modulator systems of the invention 35. The TS1 in blocks SD1 and SD2 are used from 2-, 3- and 4-stage sigma, respectively. modulators. MyOs spectra 61, 62 and 63 have a spectrum of zero at 0.85 x Fs / 2.

5 Seuraavassa esitetaan suoritusesimerkkeina 2-asteen modulaattorirakenteita, joita voidaan kayttaa keksinnOn mukaisessa modulaattorijSrjestelmassa lohkoina SD1 ja SD2. Kuviossa 2 on esitetty eras lohkoksi SD1 soveltuva usean takaisinkytkennan (Multiple Feedback) sigma-delta-modu-10 laattori. Modulaattori kasittaa seuraavassa jarjestyksesså sarjaankytkettyina vahentajan 20, integrointiasteen 21, vahentajan 28, integrointiasteen 22 seka kvantisoijan eli vertailijan 23, jonka ulostulossa esiintyy lopullinen kvantisoitu signaali Dr. Kvantisoijalla 23 tarkoitetaan 15 A/D- ja D/A-muuntimen yhdistelmaa, jossa analoginen janni- te D2 muutetaan A/D-muuntimella 23A diskreettiarvoiseksi digitaaliluvuksi D', joka muodostaa modulaattorin ulostu-lon ja joka muunnetaan heti taman jaikeen takaisin analo-giseksi jannitteeksi Df (arvoksi) D/A-muuntimella 23B kak-20 siosaisen negatiivisen takaisinkytkennan muodostamiseksi kvantisoijan 23 ulostulosta. jannite Df kytketaan skaa-lainvaiineen 26 (takaisinkytkentakerroin b2) vahentajan 20 toiseen sisaantuloon vahennettavaksi sisaantulo-jannitteesta ja skaalainvaiineen 27 kautta vahentajan 28 25 toiseen sisaantuloon vahennettavaksi ensinundisen integ rointiasteen 21 ulostulojannitteesta Dl. Modulaattorin kvantisointivirheeseen verrannollinen signaali muodoste-taan johtamalla kvantisoijan 23 sisaanjannite D2 ja ulostulosignaalista D' muunnettu jannite Df vahentajaile 30 29, joka vahentaa ne toisistaan muodostaen kvantisointi- virhejannitteen e. Virhejannite e johdetaan skaalainvaii-neelle 25, joka skaalaa signaalin ykkdsta pienemmaiia skaalauskertoimella 1/C (vahintaan b2/b1) alentaen sen ta-son seuraavalle modulaattorilohkolle SD2 sopivaksi.The following are exemplary embodiments of 2-stage modulator structures that can be used in the modulator system of the invention as blocks SD1 and SD2. Figure 2 shows a multi-feedback sigma-delta-modu-10 generator suitable for block SD1. In the following order, the modulator is connected in series to a mediator 20, an integration stage 21, a mediator 28, an integration stage 22 and a quantizer, i.e. a comparator 23, at the output of which a final quantized signal Dr. Quantizer 23 means a combination of 15 A / D and D / A converters. te D2 is converted by A / D converter 23A into a discrete digital number D 'which forms the output of the modulator and which is immediately converted back to that analog voltage Df (value) by D / A converter 23B to form a two-part negative feedback 23 quantizer 23 out of print. the voltage Df is connected by a scaling means 26 (feedback factor b2) to the second input of the mediator 20 to be subtracted from the input voltage and via a scaling means 27 to the second input of the mediator 28 25 to be subtracted from the output voltage D1 of the first hour integration stage 21. The signal proportional to the quantization error of the modulator is formed by applying the input voltage D2 of the quantizer 23 and the voltage Df converted from the output signal D 'to the reducers 30 29, which subtract them from each other to form a quantization error voltage e. (at least b2 / b1), lowering its level to suit the next modulator block SD2.

35 Kuviossa 3 on esitetty vastaava Feed-forward -tyyp- li 11 92533 pinen sigma-delta-modulaattorilohkoa SD1 vårten. Modulaat-tori kasittaa sarjaankytkettyna vahentajan 36, integroin-tiasteen 31 seka integrointiasteen 32. Integrointiasteen 31 ulostulojannite D3 kytketaan skaalainvaiineen 33 (kyt-5 kentakerroin bx) kautta summaimelle 35. Vastaavasti integrointiasteen 32 ulostulojannite D4 kytketaan skaalainvd-lineen 34 (kytkentakerroin b2) kautta summaimelle 35. Sum-main 35 muodostaa summajannitteen, joka sydtetaan kvanti-soijaile 37 seka vahentajan 38 toiseen sisååntuloon. Kvan-10 tisoija 37 muodostuu jalleen A/D- ja D/A-muuntimista 37A ja 37B. Kvantisoijan 37 ulostulosignaali D' takaisinkytke-tåån (muuntimen 37B kautta) vahentajaile 36 vahennettavak-si integrointiasteelle 31 sydtettavasta sisaantulojannit-teesta Din. Kvantisoitu ulostulo D' on kytketty (muuntimen 15 37B kautta) myds vahentajaile 38 vahennettavaksi kvanti soijan sisaantulojannitteesta D5 siten, etta muodostuu kvantisointivirhejannite e, joka skaalataan skaalausvaii-neelia 39 modulaattorilohkolle SD2 sopivaksi.Figure 3 shows a corresponding Feed-forward type for 11,92533 sigma-delta modulator blocks SD1. When connected in series, the modulator handles the mediator 36, the integration stage 31 and the integration stage 32. The output voltage D3 of the integration stage 31 is connected to the adder 35 via a scaler 33 (switch-5 field coefficient bx). 35. The sum-main 35 generates a sum voltage that is applied to the quantum soy 37 and the second input of the mediator 38. The Kvan-10 converter 37 again consists of A / D and D / A converters 37A and 37B. The output signal D 'of the quantizer 37 is fed back (via the converter 37B) to the intermediaries 36 to be reduced to the input stage Din input to the integration stage 31. The quantized output D 'is connected (via a converter 15 37B) to the mediators 38 to be subtracted from the quantum soy input voltage D5 so as to form a quantization error voltage e, which is scaled by the scaling step 39 to fit the modulator block SD2.

Kuviossa 4 on esitetty eras Multiple Feedback -sig-20 ma-delta-modulaattori, joka soveltuu kaytettavaksi kuvioi-den 2 tai 3 modulaattoreilla toteutetun lohkon SD1 kanssa. Kuvion 4 modulaattori kasittaa seuraavassa jarjestyksessa sarjaankytkettyina skaalainvaiineen 46 (skaalauskerroin 1+a), joka voi olla sisailytetty kuvion 2 skaalainvåli-25 neeseen 25, vahentajan 47, integrointiasteen 41, vahentajan 48, integrointiasteen 42, viivelohkon 44 seka kvantisoijan 43. Kvantisoija 43 muodostuu jalleen A/D- ja D/A-muuntimista 43A ja 43B. Kvantisoijan ulostulosignaali e' on (muuntimen 43B kautta) takaisinkytketty skaalainvaii-30 neen 45B (takaisinkytkentakerroin b2) kautta vahentajan 47 toiseen sisååntuloon vahennettavaksi integrointiasteella 41 sydtettavasta virhejannitteesta e seka skaalainvaiineen 45A (takaisinkytkentakerroin bx) kautta vahentajaile 48 vahennettavaksi integrointiasteen 41 ulostulosta β! ennen sen 35 sydttamista integrointiasteelle 42. Kvantisoijan 43 ulos- 12 92533 tulosignaali eli kvantisointivirhesignaali e' syGtetaan kuvion 1 derivaattorille 3. Viivelohkon 44 viive riippuu toisen integrointiasteen 42 viiveesta d2 olien z'1, kun d2=0, z'° kun d2=l. Jotta siirtonolla saataisiin realisoi-5 tua on uloimmassa takaisinkytkentasilmukassa oltava kahden kellojakson viive. Viivelohko 44 ja integraattorin 42 yh-teenlaskettu viive on siten z"1 (yhden kellojakson).Figure 4 shows an eras Multiple Feedback sig-20 ma-delta modulator suitable for use with block SD1 implemented with the modulators of Figures 2 or 3. In the following order, the modulator of Fig. 4 uses a scaling means 46 (scaling factor 1 + a) connected in series, which may be included in the scaling gap 25 of Fig. 2, a mediator 47, an integration stage 41, a mediator 48, an integration stage 42, a delay block 44 and a quantizer 43. A / D and D / A converters 43A and 43B. The output signal e 'of the quantizer is (via converter 43B) feedback via scaler 45B (feedback factor b2) to the second input of mediator 47 to be subtracted from the error voltage e to be input to before it 35 is fed to the integration stage 42. The output signal of the quantizer 43, i.e. the quantization error signal e ', is applied to the derivative 3 of Fig. 1. The delay of the delay block 44 depends on the delay d2 of the second integration stage 42, d2 = 0, z' ° when d2 = 1 . In order for the transfer to be realized, there must be a delay of two clock cycles in the outer feedback loop. The combined delay of the delay block 44 and the integrator 42 is thus z "1 (one clock cycle).

KeksinnGn mukaisten siirtonollien aikaansaamiseksi kohinaspektriin integrointiasteen 42 ulostulojannite e2 10 on takaisinkytketty skaalainvaiineen 49 kautta, jolla on takaisinkytkentakerroin a, integrointiasteiden 42 ja 41 yli vahentåjån 47 kolmanteen sisåantuloon vahennettavaksi integrointiasteelle 41 syGtettavasta virhejannitteesta e. Takaisinkytkentakertoimen a arvo (takaisinkytkennan aste) 15 maaraa siirtonollaparin paikan kohinaspektrissa. Kuvion 9 kuvaaja havainnollistaa siirtonollan paikan riippuvuutta kertoimesta kuvion 4 kytkennaile, kun kertoimen a arvo on vaiilia 0-0,02 ja X-akselin arvo 1 vastaa puolta naytteen-ottotaajuutta kun ylinaytteenottosuhde on 32.In order to provide the transmission zeros according to the invention, the output voltage e2 10 of the integration stage 42 is feedback via a scaling motor 49 having a feedback factor a, the integration stage 42 and 41 are decremented from the output stage to the third input of the reducer 47 to be reduced to the third input stage. The graph of Fig. 9 illustrates the dependence of the position of the transfer zero on the coefficient of the circuit of Fig. 4 when the value of the coefficient a is between 0 and 0.02 and the value of the X-axis corresponds to half the sampling frequency when the oversampling ratio is 32.

20 Sigma-delta-modulaattoreita voidaan kytkea kaska- diin myGs kytkemaiia modulaattorilohkon SDl integroitu signaaliestimaatin virhe 3 seuraavalle modulaattorilohkol-le SD2, kun molenunissa modulaattorilohkoissa SDl ja SD2 kaytetaan Feed-forward -modulaattorirakennetta. Integroi-25 dun signaaliestimaatin virheen kytkemiselia kaytMnnOssa on mahdollista saavuttaa parempi signaalikohinasuhde (S/(N+Nq)), koska tarvittava Janniteskaalaus ensimmaisen modulaattorilohkon sisaanmenossa on pienempi kuin aikai-semmin esitetyissa kaskadirakenteissa. Modulaattorin suu-30 rin herkkyys piirielementtien kohinalle (N) on sisaan-menoasteessa ja siten lahes kaikkien modulaattoreiden (yli 16 bitin tarkkuuden) suorituskykya rajoittaa ensimmaisen integraattorin piirielementtien kohina. Pienemmaiia janni-teskaalauksella piirielementtien fyysinen kohina (N) jaa 35 suhteellisesti pienemmaksi.Sigma delta modulators can be connected to a cascade of myGs coupled to the modulator block SD1 integrated signal estimate error 3 for the next modulator block SD2 when the feed-forward modulator structure is used in both modulator blocks SD1 and SD2. In error, it is possible to achieve a better signal-to-noise ratio (S / (N + Nq)) because the required Jannite scaling at the input of the first modulator block is smaller than in the previously presented cascade structures. The sensitivity of the modulator magnifier to the noise (N) of the circuit elements is at the input stage, and thus the performance of almost all modulators (more than 16 bits) is limited by the noise of the circuit elements of the first integrator. Smaller With Janni scaling, the physical noise (N) of the circuit elements divides 35 relatively smaller.

li 13 92533li 13 92533

Kuviossa 7 on esitetty eras tailaisessa modulaat-torijarjestelmasså modulaattorilohkona SD1 kaytettavaksi soveltuva modulaattorirakenne. Kuvion 7 Feed-forward -mo-dulaattori kasittaa seuraavassa jarjestyksessa sarjaankyt-5 kettyna vahentajan 76, integrointiasteen 71 ja integroin-tiasteen 72. Integrointiasteen 71 ulostulojannite D6 kyt-ketaan skaalainvaiineen 74A (kytkentakerroin b1) kautta ja integrointiasteen 72 ulostulojannite D7 skaalainvaiineen 74B (kytkentakerroin b2) kautta summaimelle 75, jonka ulos-10 tuloonsa muodostama summajannite D8 sydtetaan kvantisoi-jalle 73. Kvantisoija 73 muodostuu jalleen A/D- ja D/A-muuntimista 73A ja 73B. Kvantisoijan 73 kvantisoitu ulos-tulosignaali D' sydtetaan vahentajan 76 toiseen sisaantu-loon vahennettavaksi integrointiasteelle 71 sydtettavasta 15 sisaantulojannitteesta Din. Kvantisoijan 73 ulostulosig-naali D' syiitetaan (muuntimen 73B kautta) myds vahentajan 77 sisaantuloon vahennettavaksi integrointiasteen 72 ulos-tulojannitteesta D7, eli integroidusta signaaliestimaatin virheesta siten, etta muodostetaan integroidun signaalies-20 timaatin D7 ja muuntimella 73B rauunnetun kvantisoijan ulostulosignaalin D' vaiinen erosignaali, joka skaalataan skaalausvaiineessa 78 kertoimella 1/C ja sydtetaan modu-laattorilohkolle SD2. Vaihtoehtoisesti integrointiasteen 72 ulostulojannite D7 voi suoraan muodostaa virhejannit-'25 teen e, jolloin lohkot 77 ja 79 jaavat pois.Figure 7 shows a modulator structure suitable for use as a modulator block SD1 in a different modulator system. In the following order, the feed-forward modulator of Fig. 7 uses the serial switch-5, the integration stage 71 and the integration stage 72 as a series switch. The output voltage D6 of the integration stage 71 is connected b2) through an adder 75, the output voltage D8 generated by its output-10 is input to the quantizer 73. The quantizer 73 is again formed by the A / D and D / A converters 73A and 73B. The quantized output signal D 'of the quantizer 73 is input to the second input of the mediator 76 to be subtracted from the input input voltage Din of the input 15 to the integration stage 71. The output signal D 'of the quantizer 73 is connected (via the converter 73B) to the input of the myds mediator 77 to be subtracted from the output voltage D7 of the integration stage 72, i.e. the integrated signal estimate error, so as to generate which is scaled in the scaling medium 78 by a factor of 1 / C and fed to the modulator block SD2. Alternatively, the output voltage D7 of the integration stage 72 may directly form the error bands-'25 tea e, with blocks 77 and 79 splitting.

Kuviossa 8 on esitetty eras Feed-forward -tyyppinen sigma-delta-modulaattorirakenne, joka soveltuu kaytettavaksi modulaattorilohkona SD2, kun lohko SD1 on toteutettu kuvion 2, 3 tai 7 modulaattorilla. Kuviossa 8 modulaattori 30 kasittaa seuraavassa jarjestyksessa sarjaankytkettyina vahentajan 86, integrointiasteen 81 ja integrointiasteen 82. Integrointiasteen 81 ulostulojannite e5 kytketaan skaalainvaiineen 84A (kytkentakerroin b2) kautta summaimelle 85. Integrointiasteen 82 ulostulojannite e6 kytketaan 35 viivelohkon 87 j a skaalausvaiineen 84B (kytkentakerroin b2) 14 92533 kautta summaimelle 85. Summaimen 85 ulostulojannite e8 syd-tetaan kvantisoijaile 83. Kvantisoija 83 muodostuu jalleen A/D- ja D/A-muuntimista 83A ja 83B. Kvantisoijan ulostulo muodostaa kvantisoidun virhesignaalin e’, joka sydtetaan 5 kuvion 1 derivaattorilohkolle 3 sekå (muuntimen 83B kautta) vahentajan 86 toiseen sisaantuloon vahennettavaksi integrointiasteelle 81 sydtettavasta virhejannitteesta e. Keksinndn mukaisen siirtonollan aikaansaamiseksi ko-hinafunktioon integrointiasteen 82 ulostulojannite e6 on 10 skaalausvaiineen 88 kautta, jolla on takai-sinkytkentakerroin a, takaisinkytketty edellisen integrointiasteen 81 sisaantulossa olevan vahentajan 86 yhteen sisaantuloon våhennettavaksi virhejannitteesta e.Figure 8 shows a feed-forward type sigma-delta modulator structure suitable for use as a modulator block SD2 when block SD1 is implemented with the modulator of Figure 2, 3 or 7. In Fig. 8, in the following order, the modulator 30 connects the mediator 86, the integration stage 81 and the integration stage 82 in series. The output voltage e5 of the integration stage 81 is connected via to adder 85. The output voltage e8 of adder 85 is applied to quantizers 83. Quantizer 83 again consists of A / D and D / A converters 83A and 83B. The output of the quantizer generates a quantized error signal e 'which is input to the derivative block 3 of Fig. 1 and (via converter 83B) to the second input of the mediator 86 to be subtracted from the error stage e to is a feedback factor a, feedback to one input of the mediator 86 at the input of the previous integration stage 81 to be subtracted from the error voltage e.

Esitetyissa kuvioissa kaikki lohkot, ts. integraat-15 torit, ovat normalisoituja ja skaalaamattomia, integraat-torit ovat kuitenkin kaytanndn sovelluksissa janniteskaa-lattuja. Selvyyden vuoksi janniteskaalaukset on jatetty pois integraattoreiden osalta.In the figures shown, all blocks, i.e., integrator-15s, are normalized and unscaled, however, integrators are voltage-scaled in applications. For clarity, voltage scales have been omitted for integrators.

Kuviot ja niihin liittyva selitys on tarkoitettu 20 vain havainnollistamaan esilia olevaa keksintdå. Yksityis-kohdiltaan keksinnOn mukainen modulaattorijarjestelma voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten mukaan.The figures and the related description are intended only to illustrate the present invention. The details of the modulator system according to the invention may vary according to the appended claims.

IIII

Claims (10)

15 9253315 92533 1. Sigma-delta-modulaattorijårjestelmå, jossa on ensimmåinen sigma-delta-modulaattori (SD1,SD2), 5 joka kåsittåå våhintåån kaksi integrointiastetta (21,22, 31,32,71,72) ja kvantisointivålineen (23,37,73) pååsignaa-lin kvantisoimiseksi, våline (29,38,77) ensimmåisen modulaattorin (SD1) kvantisointivirhettå tai integroidun signaaliestimaatin 10 virhettå edustavan virhesignaalin (e) muodostamiseksi, toinen sigma-delta-modulaattorivåline (SD2), joka kåsittåå våhintåån kaksi integrointiastetta (41,42,81,82) ja kvantisointivålineen (43,83), mainitun virhesignaalin kvantisoimiseksi, 15 derivointivåline (3), jonka siirtofunktio on oleellisesti sama kuin ensimmåisen modulaattorivålineen integrointiasteiden yhteisen siirtofunktion kåånteisfunk-tio, toisen modulaattorivålineen ulostulosignaalin deri-voimiseksi, 20 våline (5) kvantisoidun pååsignaalin viivåståmi- seksi toisen modulaattorivålineen viiveen verran, ja våline (6) derivoidun virhesignaalin våhentåmiseksi viivåstetystå kvantisoidusta pååsignaalista, t u η n e t-. t u siitå, ettå toisessa modulaattorissa (SD2) on ainakin 25 yhden integrointiasteen (42,82) ulostulosta kvantisoimaton negatiivinen takaisinkytkentå edeltåvån integrointiasteen (41,81) sisååntuloon, ja ettå takaisinkytkentåsilmukassa on ainakin yksi viive.A sigma-delta modulator system comprising a first sigma-delta modulator (SD1, SD2) 5 comprising at least two stages of integration (21.22, 31,32,71,72) and a quantization means (23,37,73) to quantize the main signal, means (29,38,77) for generating an error signal (e) representing the quantization error of the first modulator (SD1) or the error of the integrated signal estimate 10, the second sigma-delta modulator means (SD2) comprising two , 81,82) and a quantization means (43,83) for quantizing said error signal, a derivation means (3) having a transfer function substantially the same as the inverse function of the common transfer function of the first modulator integration stages, the output 20 of the second modulator means, the output of the second modulator means to delay the quantized main signal by a delay of the second modulator means, and means (6) for delaying the derived error signal. hentåmiseksi viivåstetystå quantized pååsignaalista, η t u n e t. characterized in that the second modulator (SD2) has at least 25 outputs of one integration stage (42.82) with a non-quantized negative feedback to the input of the preceding integration stage (41.81), and that there is at least one delay in the feedback loop. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jårjestelmå, 30 tunnettu siitå, ettå mainitun negatiivisen takai-sinkytkennån takaisinkytkentåkertoimen arvo mååråå siir-tonollan paikan modulaattorin kohinaspektrisså ja on edul-lisesti vålillå 0 ja 0,02.A system according to claim 1, characterized in that the value of the feedback coefficient of said negative feedback determines the position of the transmission zero in the noise spectrum of the modulator and is preferably between 0 and 0.02. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jårjestel-35 må, tunnettu siitå, ettå kvantisoidun arvon 16 92533 uloinunassa negatiivisessa takaisinkytkentasilmukassa on vahintaan kaksi viivetta ja siirtonollaa siirtavassa takaisinkytkentasilmukassa on yhden tai kahden kellojakson viive.System according to Claim 1 or 2, characterized in that the negative feedback loop in the output of the quantized value 16 92533 has at least two delays and the feedback loop in the transfer zero has a delay of one or two clock cycles. 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jarjestel ma, tunnettu siita, etta sekå takaisinkytketty in-tegrointiaste etta sitå edeltava integrointiaste ovat vii-veellisia.System according to Claim 1 or 2, characterized in that both the feedback degree of integration and the preceding degree of integration are delayed. 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen jar-10 jestelma, tunnettu siita, etta mainittu virhesig- naalin muodostava valine kasittaa vahentajavaiineen (29,38) ensimmaisen modulaattorivaiineen (SD1) kvantisoi-jan (23,37) sisaan- ja ulostulosignaalien vahentamiseksi mainitun kvantisointivirhetta edustavan virhesignaalin 15 tuottamiseksi.A jar-10 system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said means for generating an error signal is used to reduce the input and output signals of the quantizer (23,37) of the first modulator (SD1) by the mediator (29,38). to produce a representative error signal 15. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen jar-jestelma, tunnettu siita, etta ensimmainen modu-laattorivåline (SD1) on Feed-forward -tyyppinen modulaat-tori, ja etta mainittu virhesignaali on ensimmaisen modu- 20 laattorin (SD1) viimeisen integrointiasteen ulostulosig- naali.System according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the first modulator means (SD1) is a modulator of the feed-forward type, and in that said error signal is the output signal of the last stage of integration of the first modulator (SD1). arctic fox. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen jarjestelma, tunnettu siita, etta ensimmainen modulaattoriva-line (SD1) on Feedforward -tyyppinen modulaattori, ja etta 25 mainittu virhesignaalin muodostava valine kasittaa vahen tajavaiineen (77) ensimmaisen modulaattorivaiineen viimeisen integrointiasteen ulostulosignaalin ja kvantisoijava-lineen ulostulosignaalin våhentamiseksi toisistaan mainitun integroidun signaaliestimaatin virhetta edustavan vir-30 hesignaalin tuottamiseksi, seka ensimmaisen skaalainvaii- neen (79) kvantisoijavaiineen ulostulosignaalin skaalaami-seksi skaalauskertoimella x ennen vahentajavaiineelle syOttamista, misså 0<x<4*bl/b2.A system according to claim 6, characterized in that the first modulator line (SD1) is a Feedforward type modulator, and in that said error signal generating means matches the first modulator line to its output signal and quantizes the output signal and quantizer of the second integrator signal. an integrated signal estimate for producing an error signal representative of the error, and a quantizer of the first scaler (79) for scaling the output signal by a scaling factor x before input to the mediator, where 0 <x <4 * bl / b2. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 35 jarjestelma, tunnettu siita, etta se kasittaa toi- I) 92533 sen skaalainvålineen (25,39,78) virhesignaalin skaa-laamiseksi ensimmaiselia ykkiista pienemmaiia skaalausker-toimella ennen toista modulaattorivaiinetta ja kolmannen skaalainvSlineen (4) kvantisoidun virhesignaalin skaalaa-5 miseksi toisella skaalauskertoimella, joka on oleellisesti yhta suuri kuin ensimmaisen kertoimen kaanteisluku, ennen kvantisoidusta paasignaalista vahentamista.A system according to any one of the preceding claims, characterized in that it scales the second (I) 92533 to scale the error signal of its scaling means (25,39,78) by a scaling factor before the second modulator step and the third scaling means (4). to scale to a second scaling factor substantially equal to the cover number of the first factor before subtracting from the quantized pass signal. 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen jarjestelma, tunnettu siita, etta ensimmaisen ja 10 toisen modulaattorivaiineen asteluvut ovat samat.System according to one of the preceding claims, characterized in that the degree values of the first and second modulator steps are the same. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen jarjestelma, tunnettu siita, etta ensimmainen ja toinen modu-laattorivaiine ovat toisen asteen modulaattoreita. 18 92533A system according to claim 9, characterized in that the first and second modulator means are second order modulators. 18 92533
FI920379A 1992-01-28 1992-01-28 Sigma-delta modulator FI92533C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI920379A FI92533C (en) 1992-01-28 1992-01-28 Sigma-delta modulator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI920379 1992-01-28
FI920379A FI92533C (en) 1992-01-28 1992-01-28 Sigma-delta modulator

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI920379A0 FI920379A0 (en) 1992-01-28
FI920379A FI920379A (en) 1993-07-29
FI92533B FI92533B (en) 1994-08-15
FI92533C true FI92533C (en) 1994-11-25

Family

ID=8534276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI920379A FI92533C (en) 1992-01-28 1992-01-28 Sigma-delta modulator

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI92533C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI92533B (en) 1994-08-15
FI920379A0 (en) 1992-01-28
FI920379A (en) 1993-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI80548B (en) FOERFARANDE FOER KASKADKOPPLING AV TVAO ELLER FLERA SIGMA-DELTAMODULATORER SAMT ETT SIGMA-DELTA-MODULATORSYSTEM.
US4772871A (en) Delta sigma modulator circuit for an analog-to-digital converter
US5124703A (en) Digital signal requantizing circuit using multistage noise shaping
US5243345A (en) Sigma-delta modulator having a plural order loop filter with successive filter sections of successively smaller signal excursion range
US5682161A (en) High-order delta sigma modulator
US7183957B1 (en) Signal processing system with analog-to-digital converter using delta-sigma modulation having an internal stabilizer loop
US5745061A (en) Method of improving the stability of a sigma-delta modulator employing dither
EP1225700B1 (en) Delta-sigma modulator system and method
JPH05110442A (en) Method and constitution for stabilizing higher- order sigma/delta modulator
US5191331A (en) Sigma-delta modulator for a D/A converter with pseudorandom jitter signal insertion
FI90296B (en) Method for cascading sigma-delta modulators and sigma-delta modulator system
JP3290314B2 (en) Method for cascading three sigma-delta modulators and sigma-delta modulator system
US5416483A (en) Method and circuit for noise shaping
FI92533C (en) Sigma-delta modulator
JPH07109991B2 (en) Noise shaping type requantization circuit
FI103745B (en) Signal processing method and device
GB2349756A (en) Signal processors
JP2642487B2 (en) Digital / analog converter or delta-sigma modulation circuit in analog / digital converter
Okamoto et al. A stable high-order delta-sigma modulator with an FIR spectrum distributor
Birru Optimized reduced sample rate sigma-delta modulation
JP3812774B2 (en) 1-bit signal processor
Abeysekera et al. Performance evaluation of 3rd order sigma-delta (/spl Sigma/-/spl utri/) modulators via FPGA implementation
JP3040546B2 (en) Noise shaping A / D converter
JP3799146B2 (en) 1-bit signal processor
JPH11308110A (en) Delta sigma type analog/digital converter

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application