[发明专利]信号处理方法和装置

说明书

发明背景

本发明涉及数字信号处理，特别是，涉及控制由∑-Δ调制器产生的脉冲密度调制(PDM)信号的电平。

发明背景

可由模拟信号处理框，用已知的方法执行信号处理的基本运算、乘法和加法，或者通过运用A/D变换器将模拟信号转换成数字信号，并用数字方式执行所需信号处理运算。通过运用D/A变换器，可将结果重新转换成模拟信号。在预定采样频率和预定分辨率下执行A/D和D/A转换。

近来，根据∑-Δ调制器的A/D和D/A变换器变得很普遍。在∑-ΔA/D变换器中，在两个阶段发生模拟信号转换成基带数字信号。在第一阶段，由∑-Δ变换器将输入信号转换成过采样一位或多位信号。在第二阶段，通过运用数字滤波，将这个过采样一位或多位信号抽选到基带。例如，在下列论文中描述∑-Δ技术和变换器。

[1]“ ∑-Δ变换器的概论”，P.M.Aziz等人，IEEE Signal ProcessingMagazine，1996年1月，第61至84页。

[2]“过采样∑-Δ数据变换器：原理、设计和模拟”，J.C.Candy等人，IEEEPress NJ 1992，第1至25页。

[3]“用于∑-Δ调制的设计方法学”，B.P.Agrawal等人，IEEE Transactionson Communications，Vol.COM-31，1983年3月，第360至370页。

∑-Δ调制器的过采样输出信号是输入信号的脉冲密度调制(PDM)表示。在∑-ΔA/D变换器中，调制器把模拟信号转换成脉冲密度调制(PDM)格式。PDM信号包括过采样一位或多位(例如，2至4位)信号。PDM信号的相对脉冲密度确定了输入信号的幅度表示。在频率域中，DPM信号的频谱的基带部分是有用的信号频带，而且在频谱的较高频率处，存在由∑-Δ调制器的噪声处理功能产生的量化噪声。于是，可以改变对于过采样速率的信号频率下的分辨率。众所周知，∑-Δ调制器的噪声处理性能依赖于调制器的阶数，而且较高阶调制器能更有效地从信号频带中除去量化噪声。通过增加过采样率，可将信号频带成比例地变窄，而且落在信号频带内的噪声量变小。此外，可由调制器的传递函数，例如，通过在适当频率下将零插入调制器的传递函数中，来控制在∑-Δ调制器中的信号频带内的噪声量。

最近，在学术文章(literature)中描述了运用PDM信号实行有限数量信号处理运算的方法。于是，获得数字信号处理的已知优点，诸如，精度、可重复性、对干扰的不敏感度，等等。当以过采样PDM格式直接处理信号时，对于信号处理，无需在Nyquist频率下，将它转换成脉冲编码调制(PCM)信号。于是，在信号处理点中，可以省略根据PDM信号生成基带PCM信号的抽选和插入滤波器。这是显著的优点，因为产生PDM信号的∑-Δ调制器的电路尺寸一般都很小，而且简单，而抽选和插入滤波器一般很大，而且电路结构复杂，它在集成电路实施过程中要求很大的电路面积，这导致附加成本。例如，论文[4]，“基于IIR滤波器Δ-∑的设计和分析”，D.A.John等人，IEEE Transactins onCircuits and Systems-II：模拟和数字信号处理，Vol.40，No.4，第233至240页，描述了具有多个输入的A/D变换器，分别滤波每个输入，而且在公共抽选滤波器之前总加。例如，可以通过这种方法来实施音频混频电路板。

信号处理的一种重要的形式是控制信号电平：放大和/或衰减。这种性能对于音频应用，诸如上述音频混频板，特别有用。因此，如果还能控制PDM信号电平，那么它是较佳的。上面论文[4]的图1示出∑-Δ衰减器，其中将过采样1位信号(PDM)乘以多位系数a1，而且将所得多位信号用于输出1位PDM信号的数字∑-Δ调制器。实现1位PDM信号的乘法器作为根据输入PDM信号的状态选择a1或-a1作为输出的2-输入复接器(选择器)。论文还描述适于这种目的的数字∑-Δ滤波器。当所述多位系数低于1时，衰减器是可实现的。当∑-Δ调制器的反馈值是b而所述系数是a，获得衰减率a/b。