专利名称：一种相位量化a/d变换的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种把模拟信号变换成数字信号的模拟/数字(A/D)变换方法及其装置，特别是一种把模拟信号变换成数字信号的相位量化A/D变换方法及其装置。
众所周知，随着数字信号处理技术的飞速发展，把模拟信号变换成数字信号的A/D变换方法和装置在电子技术和电子设备中占有越来越重要的地位。对模拟信号进行量化的方法主要有两种，即幅度量化和相位量化。幅度量化，即传统的量化方法，是根据信号幅度的大小把信号量化成2n个电平，其中n为量化位数。而相位量化方法是根据信号的相位把信号量化成2n个相位间隔(对应的幅度电平数为2n-1+1)。在“A GaAs Phase Digitizing and Summing System for Microwave Signal Storage”(见IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.24，No.1，pp.104～117，1989)一文中对3位相位量化A/D变换方法及装置作了详细介绍，在“相位量化数字射频存储器的寄生信号性能分析(见《电子学报》，Vol.20，No.12，pp.26～31，1992)一文中给出了这种量化方法在不同量化位数下的谐波寄生信号电平计算公式。这种量化方法的特征是，对于n bit的量化，需要2n-1个比较器，产生2n-1+1个量化电平。比如，当量化位数n＝3时，需要4个比较器，量化电平数为5。虽然这种量化方法具有一些优点，如与幅度量化相比具有较大的动态范围和较低的近区峰值寄生信号电平，但这种方法也具有明显的缺点(1)对于一定的量化位数，由量化引起的寄生信号电平较高，如n＝3时，峰值寄生信号电平为-16.9dB，寄生信号总功率为-12.5dB。(2)当把量化后的数字信号变换成模拟信号(D/A变换)时，需要进行加权处理，因而与一般的D/A变换装置不兼容。
本发明的目的在于提供一种相位量化A/D变换方法及其装置，可以避免上述现有技术的缺点，在保持大动态范围的同时，改善了寄生信号性能，并与现有D/A变换方法及装置兼容。
本发明的目的是通过采用下述的相位量化A/D变换方法及装置实现的。
一种把输入模拟信号变换成数字信号的相位量化A/D变换方法，包括以下步骤a.对输入模拟信号进行移相，产生相位分别为0°，±θi，i＝1，2，…，2n-1-1的2n-1个具有不同相位的输出信号，其中，n为量化位数，n≥2。对θi值的选择可根据所要求的性能指标进行，一种可供选择的较好方法是，按照使量化后信号中谐波寄生信号总功率最小的准则进行，即，使θi的值满足下列方程式4v/u＝cos(90°-θi)＝2-i i＝1，2，…，2n-1-1其中，
n≥2b.对经移相产生的2n-1个信号进行极性比较，产生2n-1个二进制数字代码。
c.将经极性比较产生的2n-1个二进制数字代码进行编码，形成n bit的二进制数字代码。编码方法可根据后续处理所要求的格式进行，其中一种较好的方法是，把经极性比较得到的2n-1个二进制代码相加，其中所得到的n bit二进制代码｛Cn-1Cn-2Cn-3…C1C0｝＝｛000…00，000…01，000…10，……，111…11｝所表示的信号电平为｛-2n+1，-2n+3，…，-3，-1，1，3，…，2n-1｝。
一种按上述方法把输入模拟信号变换成数字信号的相位量化A/D变换装置，包括a.一个移相装置，把输入的模拟信号变换成具有2n-1个不同相位的输出信号。所述移相装置可由下述部件构成(1)一个同相/正交(I/Q)信号产生器，用于把输入模拟信号变换成具有差动输出的同相/正交(I/Q)输出信号I，Q，-I，-Q;(2)一个具有四个臂，每个臂上有2n-1个电阻的电阻环，电阻环的四个顶点顺序接到同相/正交(I/Q)信号产生器输出的I，Q，-I，-Q四个输出上，而由电阻环上除Q和-Q输入端所对应节点外的、相对的2n-1对节点上产生2n-1个差动输出移相信号。
b.与移相装置的输出相连接的2n-1个电压比较器，通过对由移相装置产生的2n-1个输出信号进行极性比较，产生2n-1个二进制数字代码。
c.一个与2n-1个电压比较器的输出相连接的编码器，用于把电压比较器产生的2n-1个二进制数字代码编码成n bit的二进制数字代码。
利用本发明，在保留了传统相位量化A/D变换方法所具有的大动态范围的优点之外，还具有如下优点(1)由于采用了与现有D/A变换方法兼容的编码方法，使当需要把经A/D变换后得到的数字信号恢复成模拟信号(D/A变换)时不需加权处理，(2)对于一定的量化位数，通过优化选择移相信号的相位，可使量化后信号的谐波寄生信号性能得到改善。表1给出了本发明方法与现有相位量化方法在不同量化位数n下的结果对比。可以看出，在量化位数少1(此时的量化电平数较接近)的情况下，利用本发明可使峰值寄生信号电平得到明显改善。本发明的方法及其装置可用于雷达，通信，电子战及测试设备等领域。
表1.本发明方法与现有相位量化方法在不同量化位数n下的结果比较量化位数量化电平数 峰值寄生信号电平(dB) 寄生信号总功率(dB)①/②①/②①/②①/②3/25/4-16.9/-20.1-12.5/-13.64/39/8-23.5/-26.7-18.9/-20.05/417/16-29.8/-35.8-24.9/-26.1说明①表示现有技术中的相位量化A/D变换方法②表示本发明的相位量化A/D变换方法下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细描述。
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明一个实施例的原理框图。
图3为图2所示实施例各点的波形图。
图2所示为当n＝2时本发明的一个实施例。如图2所示，输入的模拟信号经过同相/正交(I/Q)信号产生器11后，产生I，Q的差动输出信号I，Q，-I，-Q，这四个信号顺序接到由四个臂组成，每个臂上有2个电阻的电阻环12的四个顶点上。当电阻环12上的电阻R1和R2的阻值满足R1＝0.41R，R2＝0.59R，其中R＝R1+R2时，可在电阻环12的A1，A2，A3节点得到相位分别为-34.7°，0°，+34.7°的三个信号，而由B1，B2，B3节点得到的是对应于A1，A2，A3节点相应信号的反相信号，因此，为了对由A1，A2，A3三个节点输出的信号进行极性比较，可把由电阻环12上A1与B1，A2与B2，A3与B3三对节点输出的三个差动信号分别加到三个比较器20的同相/反相输入端，则在三个比较器20的输出端分别得到表示A1，A2，A3节点信号极性的二进制代码I1，I0，I2，把I0，I1，I2分别作为1位全加器31的A，B输入端及进位输入端C1的输入，则由一位全加器31进位输出端C1和加法输出端C0所表示的二进制代码｛C1C0｝＝｛00，01，10，11｝表示信号的四个电平｛-3，-1，1，3｝。
图3给出了图2所示实施例各点的波形及编码方法。其中，图3(a)中的实曲线16表示输入的余弦信号，两条虚曲线17，18分别表示移相-34.7°和+34.7°后的两个信号;图3(b)，(c)，(d)中的波形26，27，28分别表示图3(a)中三个信号16，17，18经极性比较得到的二进制代码的波形;图3(e)，(f)中的波形36，37分别为一位全加器31的进位输出断C1和加法输出端C0输出的二进制代码波形，也即图2所示本发明之一实施例-2位相位量化A/D变换装置的输出结果;图3(g)所示波形表示图3(e)，(f)所示2位相位量化A/D变换装置输出二进制代码｛C1C0｝所代表的输入信号经量化后的电平。
权利要求
1.一种把输入模拟信号变换成数字信号的相位量化A/D变换方法，包括以下步骤a.对输入模拟信号进行移相，产生相位分别为0°，±θi，i=1，2，…，2n-1-1的2n-1个具有不同相位的输出信号，其中，n为量化位数，n≥2。b.对经移相产生的2n-1个信号进行极性比较，产生2n-1个二进制数字代码。c.将经极性比较产生的2n-1个二进制数字代码进行编码，形成nbit的二进制数字代码。
2.如权利要求1所述的相位量化A/D变换方法，其特征在于，对θi值的选取是按照使量化后信号中谐波寄生信号总功率最小的准则进行，即，使θi的值满足下列方程式4v/u＝cos(90°-θi)＝2-i i＝1，2，…，2n-1-1其中，
n≥2
3.如权利要求2所述的相位量化A/D变换方法，其特征在于，当所述的量化位数n＝2时，所述移相信号的相位θ1＝34.7°
4.如权利要求1所述的相位量化A/D变换方法，其特征在于，所述编码方法是把经极性比较得到的2n-1个二进制代码相加，其中所得到的n bit二进制代码｛Cn-1Cn-2Cn-3…C1C0｝＝｛000…00，000…01，000…10，……，111…11｝所表示的信号电平为｛-2n+1，-2n+3，…，-3，-1，1，3，…，2n-1｝。
5.如权利要求4所述的相位量化A/D变换方法，其特征在于，当所述的量化位数n＝2时，所述的编码方法是把经极性比较得到的3个二进制代码相加，其中所得到的2 bit二进制代码｛C1C0｝＝｛00，01，10，11｝所表示的信号电平为｛-3，-1，+1，+3｝
6.一种按权利要求1所述方法把输入模拟信号变换成数字信号的相位量化A/D变换装置，包括a.一个移相装置[10]，把输入的模拟信号变换成具有2n-1个不同相位的输出信号。b.与移相装置[10]的输出相连接的2n-1个电压比较器[20]，通过对由移相装置[10]产生的2n-1个输出信号进行极性比较，产生2n-1个二进制数字代码。c.一个与2n-1个电压比较器[20]的输出相连接的编码器[30]，用于把电压比较器[20]产生的2n-1个二进制数字代码编码成n bit的二进制数字代码。
7.如权利要求6所述的相位量化A/D变换装置，其特征在于，所述的移相装置[10]包括a.一个同相/正交(I/Q)信号产生器[11]，把输入模拟信号变换成具有差动输出的同相/正交(I/Q)输出信号I，Q，-I，-Q。b.一个具有四个臂，每个臂上有2n-1个电阻的电阻环[12]，电阻环[12]的四个顶点顺序接到同相/正交(I/Q)信号产生器[11]输出的I，Q，-I，-Q四个输出上，而由电阻环[12]上除Q和-Q输入端所对应节点外的相对的2n-1对节点上产生2n-1个差动输出移相信号。
8.如权利要求7所述的相位量化A/D变换装置，其特征在于，当所述量化位数n＝2时，电阻环[12]的每个臂上有2个电阻，其阻值为，R1＝0.41R，R2＝0.59R，其中R＝R1+R2。
9.如权利要求6所述的相位量化A/D变换装置，其特征在于，当所述的量化位数n＝2时，所述的编码器[30]是一个1 bit全加器[31]。
全文摘要
本发明公开了一种相位量化A/D变换的方法及其装置。其装置包括(a)一个移相装置[10]，把输入的模拟信号变换成具有文档编号H03M1/12GK1080796SQ9310736
公开日1994年1月12日 申请日期1993年6月24日 优先权日1993年6月24日
发明者周国富, 姬国良 申请人:周国富