专利名称：用于基带传输系统的电子数－模转换器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于基带传输系统的电子数-模转换器电路。
更具体些，本发明涉及一种用于无相位失真地将数字信号转换为模拟信号的电子数-模转换器电路，具体地包括一个∑-Δ型调制器和一个有限脉冲响应滤波器的电路。
本发明首选的应用领域是移动电话领域。本发明本质上是在这个领域进行描述。但是，本发明的范围并不局限于移动电话领域，而应当理解为本发明适用的转换电路和转换方法的任何领域。
通常，一个移动电话或无绳电话在结构上可以被分为四个独立块用户块或用户接口；控制块；声频块；以及射频块。后三块构成移动电话的无线电单元。
图1是一个显示移动电话的概要结构100的框图。概要结构100有上述的四个主要块。移动电话的用户访问用户接口120。用户接口120通常包括一个扬声器121，一个麦克风122，一个键区123和显示装置124。。用户接口120可选地包括其他元件，例如一个传输数据的调制解调器。
无线电单元130包括基带传输需要的块语音编码装置；用于把信息压缩成数据块的装置；以及把压缩数据块解压缩为连续信号的装置。这些元件，还有另外一些，被控制块140，声频块150和一个射频块160共享。
控制块140包括一个充当中央处理器单元的微处理器141。微处理器141实现建立一个呼叫必须的过程，它也通过不同的程序控制移动电话不同的操作。这些程序包括，例如，管理用户接口120的程序，监视程序(特别是监视电池电平)，为了便于维修移动电话的测试程序。其它管理移动电话和最近的传输中继站之间的连接的程序。与用户接口120相关的程序，特别是通过解释用户经由数字键区123和链接101向微处理器提供的信息以及通过经由链接102控制显示装置124管理用户和其它程序的交互。
控制块140还包括在移动电话中用于存储特别是操作系统，序列号，以及与移动电话或使用不同服务的真实情况相关的电话号码的存储器142。这些存储器142还可以用于建立一个呼叫。数据信息，存储地址和命令在存储器142和微处理器141之间通过双向总线103交换。
声频块150基本上由执行许多程序的信号处理器单元151构成。信号处理器单元151通过链接104接收来自麦克风122的信息。链接105用于在信号处理器单元151和扬声器121之间传输信号。信息也通过双向链接106在信号处理器单元151和微处理器141之间交换。
与移动电话的无线电单元130通信通过一个特殊的实现模-数和数-模转换的射频接口160装置进行。射频块160包括，特别地与双工器162相连的天线161；发送器163；接收器164；以及频率发生器单元165。微处理器141通过各自的连接107，108，109管理发送器163，接收器164，和频率发生器165的操作。信号处理器单元151能够通过各自的链接110和111向发送器163发送信号和接收来自接收器164的信号。频率发生器165通过各自的链接112和113与发送器163和接收器164相连。双工器162通过链接114从发送器163接收信号并通过链接115向接收器164发送信号。
在发送器163中，承载语音信息和其它用于电信的信息的信号被调制用于无线频率载波传输。调制操作通常以一种混合着期望传输频率的中频实现。多种调制方法是已知的。它们取决于信号的类型以及传输可用的设备。传输模拟信息，可能使用频率调制或频移键控(FSK)。传输数字信息，可能使用相移键控(PSK)，例如π/4 PSK型，或使用高斯最小频移键控(GMSK)。
图2是一个用于发送器163的传输系统的简化框图，更详细地是现有技术的数-模转换电路。来自信号处理器单元151的信号以数字数据的形式发送给发送器163的接口210。发送器163接收到的信号被接口210、执行GMSK型调制的调制器220、数-模转换器240(DAC)，采样保持电路230，和模拟滤波器250连续处理。
在现有技术中，由于电能消耗和容易实现的原因，DAC 240通常是一个开关电容DAC。因而，例如，每一个来自调制器220的k位组产生一个在DAC 240的输出直接k位编码的值成比例的电压。这种方法会产生来自DAC 240的信号和输入DAC 240的信号之间的线性问题。这些线性问题由于在上述传输系统中存在一个采样保持电路230而更为严重。DAC 240是一个开关电容数-模转换器。这意味着在上述传输系统中控制数据传送的一个循环的时钟信号半个周期中，由DAC240处理的数位的值是不可用的。因此采样保持电路230就需要保持时钟信号的至少半个周期内的每个处理的位值。然而采样保持电路230的存在又加剧了信号传输中的非线性问题。在某种发送器中，特别是用于GSM型移动电话系统的发送器中，传输信号的失真会非常损害呼叫的质量。
现有技术中，特别是专利EP A-0642221，描述了一种用于基带传输系统的电子数-模转换器电路。电路包括一个用于提高数字信号采样频率的内插器，一个∑-Δ型调制器，一个包括一个有限脉冲响应滤波器(FIR)的数-模转换器块，和最后一个低通滤波器型的模拟滤波器。
然而，在该文献中描述的FIR是一个传统的FIR，即，有一个h(z)＝1+a1z-1+a2z-2+a3z-3+...型传递函数。这种滤波器并不适用于GSM领域的应用，因为它需要一个大的系数a1使得FIR有大的体积和高电能消耗以使滤波器获得陡斜坡。
本发明可能减轻上述现有技术系统的缺陷，特别是，得到一个比现有技术数-模转换器中滤波器小的陡斜坡滤波器。
本发明提出一种用于无相位失真地将数字信号转换为模拟信号的电子数-模转换器电路，系统包括·一个发送n位组格式信号的数字调制器；·一个用于提高数字信号采样频率的内插器；·一个用于将n位信号转换成1位信号的∑-Δ型调制器；
·一个数-模转换器块，特别用于滤掉尖锐的量化噪音，该块包括一个数-模转换器和一个有限脉冲响应滤波器；以及·一个低通滤波器型的模拟滤波器，电子电路的特征在于有限脉冲响应滤波器是一个多频带滤波器。
本发明的多个方面和优势通过以下参考采用对本发明不加限制描述的方法给出的图示的描述将更清晰，其中图1，如上文所述，是显示一个移动电话的概要结构的框图。
图2，如上文所述，是一个现有技术的电子数-模转换电路的框图；图3是一个本发明的电子电路的框图；图4是一个∑-Δ调制器的框图；并且图5显示当一个信号经过本发明的电子电路时信号在不同点时的频谱。
在图3中，可以看到已经出现在图2中现有技术传输系统中的接口210，它接收来自信号处理器单元151的信号。还可以看到GMSK型调制器220。从调制器220出来的信号继续被以下元件处理内插器310；∑-Δ型调制器320；数-模转换器块330；和最后的模拟滤波器340。这些元件的功能在下文中分别详细描述。
调制器320被认为是一个∑-Δ型调制器。图4是这种调制器的框图。术语“∑-Δ”来自于首先使用加法器410的调制器的配置，加法器习惯上标记为希腊字母“∑”。加法器410的输出连接到积分信号的积分器420。积分器420作为有效载荷输入信号的低通滤波器。积分器420后接一个按执行量化规则操作的量化器430作为取处理后的数字信号的两个连续采样的差值的结果。术语“Δ”就来自于这个差值，符合这样一个操作的通用的名字。一个负反馈回路440充当一个由量化器430产生的量化噪声的高通滤波器。∑-Δ型调制器使得把量化噪声滤除在高频中而使有效信号存在于低频中成为可能。
在数-模转换器系统中，包括一个∑-Δ型调制器，采样频率一开始就被提高。在这种情况下，这个操作由内插器310实现。内插器使得实现一个附加采样操作成为可能。
在本发明首选的应用中，从GSMK型调制器出来的数据的采样频率通过执行线性内插被倍频在两个来自GSMK型调制器220的连续数据组之间，一个附加的数据组对应于时间上直接相邻的两个数据组的中间值被加入。采样频率通过将每个数据组重复三次而在输入∑-Δ型调制器时三倍频。
内插器310因此使得从一个以采样频率为Fs的n位信号变为一个采样频率为N*Fs的n位信号，此处N为自然整数。在本发明最佳的应用中N＝6和n＝8。
与内插器310相关的∑-Δ型调制器320使得有可能从一个以采样频率为N*Fs的n位信号得到一个采样频率为N*Fs的1位信号。
由∑-Δ型调制器320发送的1位信号可以成为一个脉宽调制(PDM)的信号。它提供给数-模块作输入。由于位数减少，∑-Δ型调制器320的输出信号给数-模转换器块330提供更少的信息，但是由于内插器310实现的附加采样而使频率更高了。
既然信号被编码为1位，从∑-Δ型调制器320的输出产生大的量化噪声。数-模转换器块330用于滤掉这个量化噪声。数-模转换器块330由一个1位数-模转换器，或叫1位DAC，和一个具有有限脉冲响应的滤波器组成。
1位DAC的输出激活它后面的有限脉冲响应滤波器。FIR具有电流源。使用特殊的移位寄存器处理之后输入到1位DAC的每一位控制一个电流源。每一个电流源与一个有限脉冲响应滤波器的相应系数相关联。每一个电流源发送与FIR的相应系数成比例的电流。
通过使用如本发明所述的一个1位DAC，使得解决与信号通过数-模系统被传输有关的非线性问题成为可能。
然而，为了滤掉高频的量化噪声，有限脉冲响应滤波器必须有一个接近基带频率(典型的100kHz用于GSM)的截止频率。这意味着在FIR滤波器的传递函数示意图中必须有一个在100kHz附近非常陡的斜坡。不幸的是这一点只能通过使用传统上的复杂的FIR滤波器实现，从而会有大量的系数。这会增加需要的电流源的数目。这样一个解决方法将在信号传输过程中提高电能消耗，并且占用更大的体积。
在本发明中，有限脉冲响应滤波器是一个多频带滤波器。FIR的一个优点是无损害相位地消除接近信号的所有频率，如图5中第4个频谱中量化噪声530由于频率接近信号而被过滤，另一个优点是比传统的FIR小得多。
并且，多频带FIIR滤波器是一个容易实现的滤波器，因为它的系数的数目小，因而它只需要小数目的电流源。它的特性在于有一个传递函数，在其示意图中在低频处有一个陡斜坡，从而使高一些的频率周期式地通过。
没有被多频带FIR滤波器过滤的高一些的频率会被简单的低通滤波器过滤，如图3所示的模拟滤波器340。
多频带FIR滤波器的存在使得避免在信号传输系统中使用复杂的模拟滤波器成为可能，已知使用那种模拟滤波器易导致相位失真。
图5显示被传输的信号在本发明的电子电路中不同点时的频谱。
从上到下观察图5，显示的五个频谱是分别在下列位置观察到的内插器210的输入；内插器210的输出；∑-Δ型调制器320的输出；数-模转换器块330的输出；以及模拟滤波器340的输出。
从∑-Δ型调制器320输出的信号的频谱可以清晰地看出，代表量化噪声的频谱510滤去到相对于有效负载信号的频谱520高的频率中。在数-模转换器块输出的信号的频谱中，可以看出本发明的多频带FIR滤波器允许频带530通过，继而量化噪声没有被完全滤除，然而所有的直接接近有效负载信号的频率确实被滤除了。
后面的模拟滤波器340是一个易于实现的滤波器。本发明的电子电路在物理实现需要的体积方面是经济的。
在现有技术中，在信号被转换为模拟信号之后使用了补偿电路。在数字部分补偿电路的出现需要增加处理的信号的位数，那样在信号传输方面会加剧线性问题。
在本发明首选的应用中，∑-Δ型调制器具有传递函数h1(z)＝1-2z-1+z-2。
在本发明首选的应用中，FIR滤波器的传递函数是h2(z)＝-1+z-14+2.74z-21+4.85z-28+5.76z-35+4.85z-42+2.74z-49+z-57-z-71。在这种情况下，FIR滤波器只有九个系数。从而显然是易于实现的。这样一个滤波器在物理实现需要的体积方面也具有经济的优点。
权利要求
1.一种用于基带传输系统中无相位失真地将数字信号转换为模拟信号的电子数模转换器电路，系统包括·一个以n位组格式发送一个信号的数字调制器(220)；·一个用于提高数字信号采样频率(Fs)的内插器(310)；·一个用于将n位信号转换为1位信号的∑-Δ型调制器(320)；·一个数-模转换器块(330)，特别地用于滤除尖锐的量化噪声，该块包括一个数-模转换器和一个有限脉冲响应滤波器；以及·一个低通滤波器型的模拟滤波器(340)，该电子电路特征在于有限脉冲响应滤波器是一个多频带滤波器。
2.根据权利要求1的电子电路，其特征在于数-模转换器是一个发送脉宽调制信号的1位数-模转换器。
3.根据权利要求1或2的电子电路，其特征在于有限脉冲响应滤波器包括发送与定义滤波器的系数成比例的电流的电流源。
4.根据权利要求1至3中的任意一项的电子电路，其特征在于∑-Δ型调制器(320)有以下传递函数h1(z)＝1-2z-1+z-2。
5.根据权利要求2至4中的任意一项的电子电路，其特征在于有限脉冲响应滤波器有以下传递函数h2(z)＝-1+z-14+2.74z-21+4.85z-28+5.76z-35+4.85z-42+2.74z-49+z-57-z-71。
6.根据权利要求1至5中的任意一项的电子电路，其特征在于内插器(310)对采样频率(Fs)六倍频。
7.根据上述任意权利要求在移动电话中使用该数-模转换器电路。
全文摘要
本发明涉及一种用于解决通过数－模转换器模块传输信号时的相位线性问题的电子电路。通过级联以下元件:一个内插器(310);一个Σ－Δ型调制器(320);一个由1位数－模转换器和一个多频带有限脉冲响应滤波器组成的数－模转换器块(330);一个模拟滤波器(340),它有可能滤除量化噪声而在电路的输出端提供一个线性响应。
文档编号H03M3/02GK1257351SQ99126709
公开日2000年6月21日 申请日期1999年12月14日 优先权日1998年12月14日
发明者杨阜基, 阿尔诺·梅克 申请人:阿尔卡塔尔公司