一种适用于分数频率合成器的数字as调制器结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于分数频率合成器的数字AE调制器结构，包括第一级误差反馈型调制器、反馈路径、第二级误差反馈型调制器以及误差抵消模块；反馈路径的输出与第一级调制器的输出之间的差值经过延迟单元后得到反馈路径的输出；经过噪声抑制增强单元的输入信号与经过滤波处理单元后的扰动信号之间的和值与反馈路径的输出之间的和值作为第一级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈信号作为第二级误差反馈型调制器的输入；第一级误差反馈型调制器的输出与第二级误差反馈型调制器的输出经过误差抵消模块后得到整个调制器的输出。本发明引入反馈环路，实现了高阶噪声抑制、减小了输出量化电平的数目，降低了整体电路设计复杂度和功耗。
【专利说明】一种适用于分数频率合成器的数字Δ Σ调制器结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及属于集成电路【技术领域】，特别涉及一种适用于分数型频率合成器的数 字Λ Σ调制器结构。
【背景技术】
[0002] 现代无线通信的飞速发展使得无线通信系统对于频率合成器的频率精度和频率 切换时间提出了更高的要求。要想获得更小的建立时间，则要求锁相环具有宽的环路带 宽。在整数分频频率合成器中存在着频率精度、频率切换时间、相位噪声之间的相互约束， 难以满足现代通信系统中的要求。对于分数型频率合成器，因其输出频率可以是参考频率 的小数倍，所以能够采用较高的参考频率和较大的环路带宽，从而减小了频率切换时间，兼 顾了相位噪声、频率精度、锁定速度等各方面的要求，在无线射频通信芯片中得到了广泛的 应用。然而分数频率合成器存在着一个非常严重的缺点，即会引入小数杂散。针对这一缺 点目前提出了多种解决方案，其中最常用的就是采用△ Σ调制器技术。所以设计一款能够 很好地抑制小数杂散的△ Σ调制器，对于频率合成器性能的改善具有十分重要的意义。目 前，应用于频率合成器的调制器大多采用三阶MASHA Σ调制器结构。然而这种结构的输出 多达8个量化电平，极大的提高了频率合成器系统中对鉴频鉴相器、电荷泵以及分频器的 线性度要求，增加了电路设计复杂度和功耗。因此，在能达到相同小数杂散抑制效果的情况 下，减小输出量化电平具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出了一种适用于分数频率合 成器的数字Λ Σ调制器结构，解决现有的三阶MASHA Σ调制器结构需要设计复杂的电路 和功耗商的技术问题。
[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0005] -种适用于分数频率合成器的数字Λ Σ调制器结构，包括第一级误差反馈型调 制器、反馈路径、第二级误差反馈型调制器以及误差抵消模块；
[0006] 反馈路径的输出c(z)与第一级调制器的输出Yi(z)之间的差值经过延迟单元后 得到反馈路径的输出C(z);
[0007] 经过噪声抑制增强单元G(z)的输入信号X(z)与经过滤波处理单元D(z)后的扰 动信号之间的和值Xi(z)与反馈路径的输出C(z)之间的和值作为第一级误差反馈型调制 器的输入；
[0008] 第一级误差反馈信号ei (z)作为第二级误差反馈型调制器的输入；
[0009] 第一级误差反馈型调制器的输出Yjz)与第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z) 经过误差抵消模块后得到整个调制器的输出Υ(ζ)。
[0010] 本发明中引入了反馈路径将量化后的输出信号即第一级误差反馈型调制器的输 出Yi(Z)反馈到第一级误差反馈型调制器的输入端，除了能够实现正常的噪声抑制效果还 能增加一阶噪声整形，即在相同的Λ Σ调制器的阶数下实现了高一阶的噪声整形效果，为 此减少了 一半的输出量化电平数目。
[0011] 进一步的，在本发明中，所述第一级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单元的 第一误差反馈信号ejz)之间的和值为Vjz)，第一级调制器的输出Yjz)为％( 2)与第一 级误差反馈型调制器的量化噪声Ejz)之间的和值，所述第一误差反馈信号ei(z)为％( 2) 与第一级误差反馈型调制器的输出Yjz)之间的差值。
[0012] 进一步的，在本发明中，所述第二级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单元的 第二误差反馈信号e 2(z)之间的和值为V2(z)，第二级调制器的输出Yi(z) SV2(Z)与第二 级误差反馈型调制器的量化噪声E2(z)之间的和值，所述第二误差反馈信号e 2(z)为％(2) 与第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)之间的差值。
[0013] 进一步的，在本发明中，所述第一级误差反馈型调制器的输出Yi(z)和第二级误差 反馈型调制器的输出Y 2(Z)作为误差抵消模块的两个输入，其中第二级误差反馈型调制器 的输出Υ2(Ζ)先后经过两阶滤波单元滤波后与第一级误差反馈型调制器的输出1( 2)作和， 得到的和值作为误差抵消模块的输出。
[0014] 进一步的，在本发明中，所述噪声抑制增强单元的Ζ域传递函数为G(z)= (l-f1)- 1，该单元的引入起到噪声抑制增强的作用。
[0015] 进一步的，在本发明中，所述延迟单元的Z域传递函数为厂1，其作用使得误差反馈 信号在时钟的控制下延时一个周期后反馈到输入进行运算。
[0016] 进一步的，在本发明中，所述滤波单元的Z域传递函数为l-ζΛ该滤波单元的引入 起到了降低噪声基底的作用。
[0017] 有益效果：本发明提供的一种适用于分数型频率合成器的λ Σ调制器结构，在传 统调制器的基础上，引入了反馈环路，相比较与传统的数字△ Σ调制器具有如下优点：
[0018] 第一、本发明的数字λ Σ调制器为一阶级联，做到了在不级联多阶数的情况下， 达到更高阶调制器的噪声整形效果，相比于高阶调制器节省了面积和功耗；
[0019] 第二、本发明的数字λ Σ调制器缩减了一半的输出量化电平数目，解耦了调制器 的阶数与对系统线性度要求的矛盾，应用于分数型频率合成器时，减小了分频器输出信号 与参考信号的瞬时相位误差，减降低了频率合成器系统中对鉴频鉴相器、电荷泵以及分频 器的线性度要求，降低了整体电路设计复杂度和功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的结构示意图；
[0021] 图2为本发明输出信号的功率谱密度；
[0022] 图3为本发明输出量化电平的分布图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0024] 如图1所示为本发明所提出的一种适用于分数型频率合成器的数字Λ Σ调制器 结构，主要包括两个一阶级联的传统的误差反馈型调制器，分别为第一级误差反馈型调制 器何第二级误差反馈型调制器，以及反馈路径、误差抵消模块。其中反馈路径位于图1中最 上方的虚线框中，反馈路径下方的两个虚线框分别为第一级误差反馈型调制器和第二级误 差反馈型调制器，图1右侧的虚线框中为误差抵消模块。输入信号x(z)经过噪声抑制增强 单元G(z)处理且添加扰动信号后得到xjzhxjz)与反馈路径的输出信号C(z) -起作为 第一阶误差反馈型调制器的输入，通过第一级误差反馈型调制器得到输出t (z)。第一级误 差反馈信号ejz)作为第二级误差反馈型调制器的输入信号，通过第二级误差反馈型调制 器得到输出Y 2(z)。图中，Ejz)是第一级误差反馈型调制器中的量化器引入的量化噪声， E2(z)是第二级误差反馈型调制器中的量化器引入的量化噪声。通过将经过两阶（1-z，滤 波后第二级调制器的输出Y 2(z)与第一级调制器的输出1(2)的相加作为整个调制器的输 出Υ(ζ)，实现误差抵消。
[0025] 上述过程中的求和、求差均通过累加器实现。
[0026] 下面对整个结构的噪声传输函数（Noise Transfer Function，简称NTF)和信号传 输函数（Single Transfer Function，简称 STF)进行推导：
[0027] 已知 Y (z) = STF (z) X (z)+NTF (z) E (z)
[0028] 由图1可得：
[0029] Yj (z) = V (z) +E! (z)
[0030] θ! (z) = V (z) -?! (z)
[0031] X1 (z) = X (z) *G (z)
[0032] 又由于 G(z) = d-z-1)-1
[0033] e!(z) = -E!(z)
[0034]
【权利要求】
1. 一种适用于分数频率合成器的数字Λ Σ调制器结构，其特征在于：包括第一级误差 反馈型调制器、反馈路径、第二级误差反馈型调制器以及误差抵消模块； 反馈路径的输出C(z)与第一级调制器的输出Yjz)之间的差值经过延迟单元后得到 反馈路径的输出C(z); 经过噪声抑制增强单元G(z)的输入信号X(z)与经过滤波处理单元D(z)后的扰动信 号之间的和值Xjz)与反馈路径的输出C(z)之间的和值作为第一级误差反馈型调制器的 输入； 第一级误差反馈信号ei(z)作为第二级误差反馈型调制器的输入； 第一级误差反馈型调制器的输出Yi(z)与第二级误差反馈型调制器的输出Y2(z)经过 误差抵消模块后得到整个调制器的输出Υ(ζ)。
2. 根据权利要求1所述的适用于分数频率合成器的数字△ Σ调制器结构，其特征在 于：所述第一级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单元的第一误差反馈信号01( 2)之间 的和值为％(2)，第一级调制器的输出Yjz)为％ (ζ)与第一级误差反馈型调制器的量化噪 声E1(Z)之间的和值，所述第一误差反馈信号 ei(z)为％(2)与第一级误差反馈型调制器的 输出Yjz)之间的差值。
3. 根据权利要求1所述的适用于分数频率合成器的数字△ Σ调制器结构，其特征在 于：所述第二级误差反馈型调制器的输入与经过延迟单元的第二误差反馈信号〇2( 2)之间 的和值为％(2)，第二级调制器的输出Yjz)为％(2)与第二级误差反馈型调制器的量化噪 声&( 2)之间的和值，所述第二误差反馈信号e2(z)为％(2)与第二级误差反馈型调制器的 输出Y 2(z)之间的差值。
4. 根据权利要求1所述的适用于分数频率合成器的数字△ Σ调制器结构，其特征在 于：所述第一级误差反馈型调制器的输出Yjz)和第二级误差反馈型调制器的输出Υ2(ζ)作 为误差抵消模块的两个输入，其中第二级误差反馈型调制器的输出Υ 2(ζ)先后经过两阶滤 波单元滤波后与第一级误差反馈型调制器的输出Yjz)作和，得到的和值作为误差抵消模 块的输出。
5. 根据权利要求1至4中任意一条所述的适用于分数频率合成器的数字Λ Σ调制器 结构，其特征在于：所述噪声抑制增强单元的Ζ域传递函数为G(z) = (l-f1)'
6. 根据权利要求1至4中任意一条所述的适用于分数频率合成器的数字Λ Σ调制器 结构，其特征在于：所述延迟单元的Ζ域传递函数为ζ'
7. 根据权利要求4所述的适用于分数频率合成器的数字△ Σ调制器结构，其特征在 于：所述滤波单元的Ζ域传递函数为1-ζ'
【文档编号】H03L7/18GK104218949SQ201410441266
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】吴建辉, 张文通, 程超, 程康, 娄宁, 陈超, 黄成 , 李红 申请人:东南大学