[发明专利]脉码调制信号向均匀脉宽调制信号的转换

说明书

本发明涉及一种方法，用于在PCM信号向UPWM信号的转换中校正非线性和噪声。

这样一个将数字信号向脉宽调制信号的转换可以与D类类型的功率放大器一起使用。对于数字声源，例如光盘播放机，其中声音信号是调制的脉码，脉码调制向脉宽调制的转换使得D类放大器的连接非常合适。D类放大器主要的益处是具有非常高的效率，这意味着可以造得很轻，但同时可以获得一个非常高的输出功率，对于D类放大器，有可能获得高达95％的效率。此外，一个数字声源和一个D类放大器的连接可以避免模拟信号处理，这在信号处理中是一个益处。

因此，人们希望能够将脉码调制信号转换为一个脉宽调制信号，而不会因转换而改变脉码调制信号的信息。

很多年来就已知道脉码调制信号向脉宽调制信号的转换本身是非线性的。

在过去的时间里，为了校正这个非线性，已经提出了多种方法，如果要将一个数字声源，例如一个光盘播放机，与一个放大器一起使用，并且该放大器将脉宽调制信号作为输入信号，那么这种非线性校正是很必要的。

除了不可避免的非线性，脉码调制信号向脉宽调制信号的转换还会产生噪声，如果想能够正确的再现一个数字声源的原始信息，就必须校正该噪声。

人们希望把PWM信号形成为数字信号的形式，作为数字信号后，即所有的电平转换都要与具有限定频率的位时钟相同步，则噪声就会产生。UPWM信号必须能由一个数字电路形成，该数字电路会引起一个粗略的量化并因而产生噪声。

如果将一个脉码调制信号转换为一个脉宽调制信号，那么用于消除所产生的误差源的方法的例子包括：

依据采样理论，在生成脉码调制中所使用的脉宽调制信号的过程中，使用过采样，意味着转换频率要比必需的大的多。但是，在实际中使用过强的过采样并不是理想的，因为这会不可避免的带来噪声。问题主要出在D类输出级，因为该输出级将相应地快速切换。

尽管如上所述，使用所谓的噪声整形可以减少噪声也就是所谓的量化噪声，其中会放大高频处的量化噪声，同时删除来自低频的噪声，但是量化噪声与非线性脉宽调制的相互作用会引起所谓的互调噪声，带来一个新的误差源，由噪声整形所产生的所谓互调噪声(IM噪声)，意味着将会降低噪声整形的正面作用。

所公布的国际专利申请No.WO92/15153公布了一种校正非线性和校正确定性失真和互调噪声的方法。该文件描述了多种复合电路，包括用于确定参数的对照表，用在反馈中以消除确定性失真和互调噪声。实际上，使用一个大范围的对照表是必要的，但是有关16-24位的脉码调制信号的对照表是很难实现的。

所公布的国际专利申请No.WO92/11699公布了一种根据自然采样的PWM的仿真的等效方法。如果使用了所谓的拟对称的均匀脉宽调制，该方法对于不可避免的互调噪声和所可能产生的噪声不能产生作用。此外，该方法不能被应用于所有的UPWM形式(例如双边，对称的)。

作为本发明的一个起始点，理想的是提供一种新的和更好的模拟方法，并预测一个脉码调制向脉宽调制转换处理的非线性。

从下面将可以看到，已经发现所谓的Hammerstein滤波器的使用对于校正在脉码调制向脉宽调制中所产生的几种误差源是特别合适的，其中Hammerstein滤波器通常由一个接有一个线性的、非时变滤波器的静态非线性组成。

在这些误差源中，特别是下面的四个是本发明所感兴趣的：

1．由于脉宽信息的时间离散的量化噪声。

2．互调噪声，它是因为量化和噪声整形由均匀脉宽调制所产生的。

3．由于使用拟对称均匀脉宽调制的噪声。

4．确定性谐波失真。

因此，理想的情况是提供一些校正电路，其中每个电路都针对上述的误差源1-4。

从下面将可以看到，由简单的反馈电路来校正误差源1-3，同时将由信号前馈来校正误差源4。

本发明的目标是提供一种校正误差时所使用的方法，其中误差是脉码调制向一个脉宽调制的转换中产生的，这样将最小化不能避免的非线性和噪声。

本目标是为PCM向UPWM转换中已知的非线性设计一个模型电路来实现的，所述的模型电路是由并联的Hammerstein滤波器来形成的，其中Hammerstein滤波器将PCM信号分解它们相应的多项式分量，所述的每一个多项式分量都是由一个与幂l相关的线性非时变滤波器滤波的，并且具有传递函数：