[发明专利]减少量化噪声的方法和装置

说明书

本发明涉及数字信号处理，具体涉及在数字信号处理应用中减少量化噪声的方法和装置。

数字信号处理逐渐发展成为在很多信号处理应用中的优选实施。改进的、较高速的和较低造价的数字信号处理器(DSP)和其它的数字电路单元都伴随一些增加灵活性和精确性的数字电路相继出现，正推动着大量信号处理应用从模拟论坛转移到数字论坛。虽然数字信号处理提供上面提到的一些优点和其它优点，但也并非无缺点。例如，在一些应用特别是在射频(RF)通信领域中，本身就是模拟的。对于RF应用的信号处理，经常要求把模拟信号例如RF信号或中频(IF)信号转换成为数字信号，同样，也要求把数字信号转换成为模拟信号。

在很多数字处理应用(包括那些在宽带数字收发信机中已完成的)中，信号的精确度必须从高的精确度等级转换到较低的精确度等级。例如，一个表示为32个信息的信号须降低成表示为16个比特信息的信号，这是由于某些数字处理单元例如数/模转换器(DAC)的容量限制造成的。然而，这种转换会丢失信息。可以理解在上述的例子中在给定数据速率的情况下32比特能够表示比16比特时多的信息。这种信息丢失的结果表现为量化噪声。

参照图1，图中示出用以说明量化噪声影响的一个典型例子。在图示的应用中，一个给定频率的16比特的数字信号X由数/模转换器(DAC)10转换成为模拟信号。然而，DAC10仅是一个12比特的DAC装置。为此，信号X须先被转换成为一个12比特的信号。一个典型的解决方案是使用硬量化器12，它舍尾信号X的最低有效位(LSB)，在这个实例中是4个LSB，以产生一个12比特的信号Y。在这个应用中噪声相对于载波信号以分贝(dB)为单位用下式表示：

噪声(dB)＝20log2^-n式中n是DAC的比特数。于是，12比特的DAC的噪声电平是(-72)dB；13比特的DAC的噪声电平是(-78)dB，依次类推。噪声通常分布在整个奈奎斯特带宽上，每赫兹的噪声功率可以忽略。然而，噪声通常是以预先考虑的频率例如该信号的二次和三次谐波出现的，这就是重要的问题。

为了解决在一些特定频率上静噪的问题，业已建议在信号中引入的伪随机噪声，这通常称作“高频振动”。很多高频振动技术已在美国专利4,901,265、4,951,237、5,073,869、5,228,054和5,291,428中讲述了。高频振动的主要缺点是要求必须提供伪随机噪声发生器电路，而该电路通常很复杂，从而导致应用实施精细和昂贵。

据此，现在需要一种减少量化噪声且不明显增加数字信号处理电路费用和复杂性的方法和装置。

图1示出一种先有技术的16比特/12比特量化电路的方框图；

图2示出根据本发明优选实施例的一种量化电路的方框图；

图3示出图2所示的量化电路中使用的一种滤波器的转移功能表示；

图4示出量化噪声时基于舍尾而不基于本发明的频谱图；

图5示出说明图2所示的量化电路性能的频谱图。

按照本发明，在量化电路的输入端要提供一反馈信号以减少量化噪声。这个反馈信号是作为N比特信号的一个样值与M比特已量化信号的一个同时发生的样值之间的滤波差值而产生的，这里，M＜N。在量化之前，从输入信号减去这个反馈信号，从而将带外噪声引入输入信号，以减少已量化信号的带内噪声。

参照图2，图中示出了根据本发明的一种N比特/M比特量化电路200，这里M＜N。一个N比特信号X耦合到加法器202，在这里减掉N比特的反馈信号W。然后，将所得到的信号X’在N比特锁存器204中取样，并伴随地在M比特硬量化器206中量化。硬量化器舍尾信号X’的N-M个LSB，实际上是将M到N的LSB设置为0值。一个N比特误差信号E在加法器208中产生以作为锁存器204内含的信号X’的N比特样值中M个最高有效位(MSB)与硬量化器206内含的M比特已量化样值之间的差值。信号X’的N比特样值的LSB通过不变。误差信号E通过滤波器(IIR LPF)210滤波，生成N比特反馈信号W。不过，可以理解，根据特殊应用的需要，信号X’的任意M比特可以保留在硬量化器206中。

图2还示出了一个12比特DAC212，用以将硬量化器的输出信号Y转换成为模拟信号。然而，可以理解，本发明可用于苛求避免引入量化噪声的从高精度信息信号转换成为低精度信息信号的任何数字信号处理应用中。