采样率转换模块及其应用的制作方法

专利名称：采样率转换模块及其应用的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及便携手提式数字音频系统，且更具体地涉及包含，式音 频系统的集成电路。
技术背景众所周知，，式数字音频系统正变得非常流行。这样的系统包括记录并且随后重放MP3文件、WMA文件等等的数字音频播放器/录音器。这样的数 字音频播放器/录音器也可被用作数字录音机和文fH专输装置。数字音频播放器 /录音器的进一步扩展包括提供调频(FM)无线电接收器，以便该装置提供FM 无线电接收。虽然数字音频播放器/录音器正在增加它们的特征集，但特征集的增加以 不是最佳的方式进行。例如，在FM接收器包含在数字音频播放器/录音器中的 情况下，FM接收器是与数字音频播放器/录音器芯片集分开的集成电路或者 IC。同样地，即使FM接收器集成电路和数字音频播放器/录音器IC都包含一 些共有的功能，FM接收器集成电路(IC)也完全独立于数字音频播放器/录音 器IC而工作。此外，FM接收器用于将无线电频率信号转换成被解码的或被解调的复基 带信号，以产生被解码的基带信号。信道分离功能将被解码的基带信号分成左 信道信号和右信道信号。如同j柳CMOS (互补金属氧化物半导体)技术实施 的任何集成电路一样，出现定时、信号重新采集、晶体频率变化的误差和各部 分的差异。为了解决这样的误差，FM接收器包括误差校正电路，以便一旦被 解码的基带信号被产生，就调整该信号。虽然这种技术降低上述不利的影响， 但它要求相当复杂的电路实现并以被动因果方幼军决问题。四篇论文讲述了解决上面所提及的问题中的至少一个问题的FM接收器。 这四篇论文包括:Eric Van Der Zwan等人在2000年12月的正EE Journal of Solid State Circuits (固态电路期刊)第35巻第12期上发表的"A 10.7-MHz IF-to-Baseband Sigma-Delta A/D Conversion System for AM/FM Radio Receivers (用
于AM/FM无线电接收器的10.7 MHZ IF-基带S-AA/D转换系统)"；Gregory J.Manlove等人在1992年3月的正EE Journal of Solid State Circuits第27巻第3 期上发表的"A Mly Integrated High陽Perforaiance訓Stereo Decoder" ; Jaejin Park 等人在1999年1月的正EE Journal of Solid State Circuits第34巻第1期上发表 的"A 5-MHz IF Digital FM Demodulator (5MHz IF数字FM解调器)"；禾口 K.Muhammad等人在2004年正EE国际固态电路会议的ISSCC2004/Session 15/Wireless Consumer ICs/15.1上发表的"A Discrete-Time Bluetooth Receiver in a0.13 u m Digitial CMOS Process (0.13nm数字CMOS工艺的离散时间蓝牙接收战"益 °因此，存在对被优化以便与数字音频播放器/录音器一同起作用并且包括 采样率转换的无线电解码方法和装置的需求。 发明内容本发明的采样率转换模i央及其应用基本上满足这些及其他的需求。在一个 实施例中，采样率转换器包括上采样(upsampling)模块、低通滤波器、和线 'M样率转换模块。该上采样模块可操作耦合用于对具有第^I率的数字输入 信号进行上采样以产生数字上采样信号。该低通滤波器可操作耦合用于对该数 字上采样信号进行低通滤波以便以上采样速率产生数字滤波信号。该线性采样 率转换模块可操作耦合用于基于控制反馈信号和线性函数将数字上采样信号转 换成具有第二速率的经采样率调整的数字信号，其中第"^I率和第二速率的关 系超一 2次幂(non-power of two )。在另一个实施例中，采样率转换器包括采样模块、确定模±央、和输出模块。 该釆样模块可操作耦合用于以某一采样率对输入信号进行采样以便以该采样率 产生数字采样信号。该确定模块可操作耦合用于确定对于第二速率的内插数字 信号的给定样本来说数字采样信号的样本是否具有在第一值域内的误差项，其 中第二速率小于该采样率并且该采样率和第二速率的关系是非2次幂。i亥输出 模块可操作耦合用于当误差项在第一值域内时将数字采样信号的样本作为给定 样本传送，并且当该误差项不在第一值域内时基于数字采样信号的该样本、数 字采样信号的之前样被、和该误差项来确定给定样本的值。在又一个实施例中，数字调频(FM)解码器包括低噪声放大器、混频模 块、模数转换模块、数字基带转换模块、采样率转换器、解调模块、信道分离
模±央、和體检测模块。该低噪声放大器可操作耦合用于放大接收到的FM信 号以产生被放大的FM信号。该混频模i央可操作耦合用于基于本地振荡将被放 大的FM信号转换成低中频(IF)信号。该模数转换模块可操作耦合用于将该 低IF信号转换成数字低IF信号。该数字基带转换模块可操作耦合用于将数字 低IF信号转换成数字基带信号。该采样率转换器可操作耦合用于基于反馈误 割言号将数字基带信号从第一速率调整为第二速率以产生数字FM编码信号。 该解调模块可操作耦合用于对数字FM编码信号进fi^率调以产生数字FM复合 信号。该信道分离模i央可操作耦合用于从数字FM复合信号中分离出左信道信 号和右信道信号。该误差检测模块可操作耦合用于基于数字FM复合信号产生 反馈误差信号。


图1是根据本发明的手提式音频系统的示意性框图； 图2是根据本发明的手提式音频系统的另一个实施例的示意性框亂 图3是根据本发明的手提式音频系统的又一个实施例的示意性框亂 图4是由根据本发明的数字无线电接口所执行的方法的逻辑图； 图5 ^出根据本发明的无线电信号解码器和数字音频处理集成电路的互 连性的时序图；图6是根据本发明的无线电信号解码器集成电路的示意性框亂图7是根据本发明的无线电信号解码皿成电路的另一个实施例的示意性框图；图8是根据本发明的无线电信号解码器的示意性框图；图9是根据本发明的数字无线电复合信号的频谱图；图10歸出根据本发明的误差检观鹏块的功能的逻辑图；图11是根据本发明的误差检测模块的示意性框图；图12是根据本发明的反馈模块的示意性框亂图13是根据本发明的解码器的示意性框亂图14是根据本发明的解码器的另一个实施例的示意性框图；图15是根据本发明的数字解码器的示意性框图；图16是根据本发明的误差校正的一个例子的图；图17是根据本发明的采样率转换模±央的示意性框图； 图18是根据本发明的采样率转换器的另一个实施例的示意性框图；禾口 图19A-19D示出根据本发明的采样率转换、解调和误差检测的一，仔。
具体实施方式
图1是包括无线电信号解码器集成电路12和数字音频处理集成电路14的 ，式音频系统10的示意性框图。该数字音频处理集成电路14包括处理模块 13、存储器15、和DC-DC转换器17。该处理模块13可以是单个处理體或 是多个处理装置。这样的处理装置可以是微处理器、微控制器、数字信号处理 器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态 机、逻辑电路、模拟电路、数字电路、禾fV或基于操作指令操作信号(模拟和/ 或数字)的任何装置。存储器15可以是单个存储装置或是多个存储装置。这 样的存储装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性 存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓冲存储器、禾口/或存储数字信 息的任何装置。值得注意的是，当处理模±央13通过状态机、模拟电路、数字电路、禾n/或逻辑电路执行该处理模块的功能中的一个或多个功能时，存储相应操作指令的存储器可被i^A在包含状态机、模拟电路、数字电路、禾口/或逻辑电 路的电路内或位于该电路的外部。此外还值得注意的是，存储器15存储并且 处理模块13执行与图1—19中所示的步骤和/或功能中的至少一些相对应的操 作指令。在一个实施例中，当电池(例如V—电池19)或其他外部电源最初被施加 到无线电信号解码器12和数字音频处理集成电路14上时，DC-DC转换器17 基于内部振荡产生电源电压24，其中该无线电信号解码器12将参考图3—19 更加详细地被描述。当电源电压24到达期望值(例如接近调节值)时，处理 模±央13提供使能信号20 (该使能信号被标记为可选的20)给无线电信号解码 器集成电路12。响应于该使能信号20，无线电信号解码皿成电路12产生系 统时钟22;在无线电信号解码器12的剩余功能无效的情况下，等待第二使能 信号，或者一旦系统时钟22起作用，无线电信号解码器12的乘除功能就被激 活。该无线电信号解码器12提供系统时钟22纟詰频处理集成电路14。在接收 到系统时钟22时，该DC-DC转换器可以从内部振荡切换到系统时钟22以根 据电池电压19或外部电源产生电源电压24。值得注意的是，当无线电信号解 码器12 M电池(V—电池19)被供电时，除产生系统时钟22夕卜，它还可以 产生实时时钟(RTC)。在另一个实施例中，当电池最初被应用于数字音频处理集成电路14且 DC-DC转换器被使能时，该DC-DC转换器产生电源电压24。该DC-DC转换器17提供电源电压24给数字音频处理集成电路14中的电路模块以及给无线 电信号解码器集成电路12。功率使能模块95监视电源电压24且当该电源电压 达到期望值(例如，处于或接近稳态值)时，功率使能模块95产生使能信号20。 如在之前段落中所述，该无线电信号解码器集成电路12通常响应于使能信号 20。在系统时钟22起作用的情况下，无线电信号解码器集成电路12将接收到 的无线电信号16转化成可以是模拟信号^判言号的左和右信道信号18。在 一个实施例中，该左和右信道信号18包括左+右信号和左-右信号。该无线电 信号解码 成电路12提供左和右信道信号18给数字音频处理集成电路14。数字音频处理集成电路14可以是诸如由Sigmatel Incorporated制造和经销 的STMP35XX禾口/或STMP36XX数字音频处理系统集成电路的数字音频播放 器/记录器集成电路，数字音频处理集成电路14接收左和右信道信号18 ^g此 产生音频信号26。数字音频处理集成电路14可以提供音频信号26给耳机或其 他类型的扬声器输出。作为根据左和右信道信号18产生音频信号26的替代方 案，数字音频处理集成电路14处理所存储的MP3文件、所存储的WMA文件、 和/或其他所存储的数字音频文件以产生音频信号26。图2是包括无线电信号解码器集成电路12和数字音频处理集成电路14的 另一个手提式音频系统40的示意性框图。在这个实施例中，无线电信号解码 器集成电路12包括天线结构34和可操作耦合到晶体25 (例如24MHz晶体) 上的晶体振荡电路30。该晶体振荡电路30是可操作耦合的以由晶振25产生参 考振荡32。可以包括一个或多个锁相环的该无线电信号解码器集成电路12将 该参考振荡32转换成系统时钟22所源于的振荡。例如，系统时钟22可以是 锁相环的输出振荡、为锁相环的输出振荡的倍数或分数的振荡。天线结构34包括如所示那样耦合的天线、多个电容器、禾口电自。接收 无线电信号16由天线结构34提供给无线电信号解码器集成电路12。如同图1 的实施例一样，该无线电信号解码器集成电路12将接收无线电信号16转换为 左和右信道信号18。
M DC-DC转换器17，数字音频M集成电路14产生供应给无线电信
号解码器集成电路12的输A/输出(I/0)相关电源电压24—1和集成电路(IC)
相关电压24—2。在一个实施例中，K)相关电压24—l依赖于无线电信号解码
器集成电路和/ 字音频处理集成电路14的输A^I出接口所需要的电源电压
(例如3.3伏)，并且IC相关电压24_2 ，于用于制造集成电路12和14的IC
工艺技术。在一个实施例中，集成电路工艺技术是0.08到0.35微米CMOS技
术，其中该IC相关电压24—2是1.8伏或更小。
集成电路12和14之间的接口此外包括双向接口 36。这样的接口可以是 集f^由欧1，知1/1的田；亦;*&/&1炷/(击台!^*县7fi左由的坊生ll^frt民禾口/或苴袖类型
的串行接口。在一个实施例中，该双向接口36可以是按照l2C串行传irt办
议的一个或多个串行通信路径。如本领域的普通技术人员将理解的，其他串
行传irt办议可被用于该双向接口 36，并且该双向接口 36可包括一个或多个串
' 图3'是包括无线电信号解码器集成电路12和数字音频处理集成电路14的 ，式音频系统50的又一个实施例的示意性框图。在这个实施例中，无线电 信号解码器集成电路12和数字音频处理集成电路14中的每一个都包括数字无 线电接口 52。该数字无线电接口 52可操作耦合用于将来自无线电信号解码集 成电路12的左和右信道信号18提供给数字音频处理集成电路14。在无线电信 号解码器集成电路12中，数字无线电接口 52将并行的左和右信道信号18转 换成串行信号，并且在数字音频处理集成电路14中，数字无线电接口 52将串 行的左和右信道信号18转换回并行信号。应注意的是，数字无线电接口 52的 串行/并行和并行/串行功能可以是基于无线电信号解码器集成电路12的采样 率、集成电路12和14的所希望的数据率或者其他参数可编程的。
通常，数字无线电接口 52是用于连接数字音频处理集成电路14和无线电 信号解码器集成电路12的自定义接口。这样的数字无线电接口 52可以产生 4MHz或6MHz或一些其^iil率的数据时钟，以支持集成电路12和14之间的 串行数据的传送。另外，数字无线电接口 52将串行数据格式化为包含一到五 个具有基于无线电信号解码器集成电路12的采样率转换的采样率的数据字的 包或帧，这将参考图8—19更详细地被描述。名义上，包或帧将包含四个具有 ^h字44.1KHz的采样率的18位字，其中18位中的2位用于控制信息，并且剩下的16位用于数据。
数字无线电接口 52可以传送更多的左和右信道信号18，这^j言号的形式 可以是左+右信道信号和左-右信道信号。例如，数字无线电接口 52可以在集 成电路12和14之间传送接收信号强度指示、数据时钟速率、控制信息、功能 使敏禁用信号、功能调整和/或控制信号、和无线电翻业务信号。
图4是数字无线电接口 52的功能的逻辑图。在这个实施例中，数字无线 电接口 52确定要传送给数字音频处理集成电路的信号的第一和第二实际采样 率(步骤60)。在步骤62中，该数字无线电接口利用i亥第一和第二实际采样率
;5±^右第^间6^;计土 7^+ ||1=;6) 甘日亡月6^^山$样宏士日甜1^76^1々4*丞*￥.去
ZI、W曰H ■」l"JM JAi" IIIJAi_iWV// I 7 J^M J训LLI力、'l丁"-t"'l H/、J/二HJPH /"t力、'IT十o图5示出fflil集成电路12和14的数字无线电接口之间的串行互连的数据 传输的时序图。如所示的那样，采样,换准备信号(SRC一RDY) 70被周期 性地激舌。时钟信号72对应于从系统时钟22中导出的数据时钟。时钟72的 速率的范围可以从几兆赫兹到几十兆赫兹甚至更高。
数字无线电接口根据SRC—RDY信号70和时钟72产生DRI—clock74。该 DRI—时钟74包括具有与时钟72相对应的频率的定时部分和多个静止周期 (Q)。采样率准制言号脉冲之间的最后一个静止周期被指定为最后的静止周期 (QF)。该静止周期与数据准备的速率、^样率转换准^^言号70、和时钟信 号72的速率相对应。
串行数据76根据DRI_clock 74在集成电路12和14之间被传输。在静止 周期(Q)期间，没有 被传输。同样地，只有当DRI—dock 74是有效的时 串行娜76才被传输。该串行数据76包括一个或多个字(例如1—5个字)， 其中針字包括18位，其中的2位用于控制信息80，乘lj下的16位用于娜78。 该串行数据的格式编排可以与一个或多个串行数据传输协议(例如，I20相一 致。
图6是无线电信号解码驗成电路12的一个实施例的示意性框亂该无 线电信号解码器集成电路12包括数字无线电接口 52、晶條荡电路(XTL OSC CKT) 94、锁相环(PLL) 92、功率使能模块95、和无线电信号解码器90。 该晶体振荡电路94通31集成电路引脚可操作耦合到外部晶体96以产生参考振 荡108。该参考振荡108的速率基于外部晶体96的特性，并且同样地，其范围 可以从几兆赫兹到几十万赫兹。在一个实施例中，该参考振荡108产生通过时
钟输出(CLK—out)弓脚102输出的系统输出时钟110。如本领域的普通技术 人员将理解的，系统时钟110可以与参考振荡108相同，可以M3I率调整模 块93而具有为参考振荡108的倍数的速率，可以通皿率调整模i央93而具有 为参考振荡108的分数的数率，可以相对于参考振荡具有相移，赫可以是其 组合。
锁相环92也根据参考振荡108产生本地振荡106。该本地振荡的速率对
应于中频(IF)和接收到的无线电信号16的载波频率之间的差值。例如，如
果所期望的IF是2MHz并且接收到的无线电信号16的载波频率是101.5MHz， ar7/, 士44trfcB、拔旦nn《a/ru，/日n im《a/txj， ，tv/tu7、 "/7门女々^ +^的並；甬诚^* A 3、J夂？田
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解的，该中频(IF)的范围可以从DC到几十MHz，并且接收到的无线电信号 16的载波频率依赖于无线电信号的具体类型(例如AM、 FM、卫星、电缆 等)。如本领域的普通技术人员将进一步理解的，无线电信号解码器90可以处 理RF信号和/或IF信号的高侧载波或低侧载波。
无线电信号解码器90根据本地振荡106将接收到的无线电信号16转换成 左和右信道信号18，该无线电信号16可以是AM无线电信号、FM无线电信 号、卫星无线电信号、电缆无线电信号。将参考图8—19更详细地描述的无 线电信号解码器90提供左和右信道信号给数字无线电接口 52以便通过串行输 出引脚104输出。该串行输出引脚104可以包括一个或多个串行输A/^J出连接 端子。如进一步所示的，该无线电信号解码器90可以通过加电(power-up)引 脚98接收使能信号20，并从电源引脚100接收电源电压。替代地，当电源24 达到期望值时，功率使能模块95产生使能信号20。在此实例中，IC引脚98 可以被用于另外的功能。
图7是无线电信号解码器集成电路12的另一个实施例的示意性框图。在 这个实施例中，集成电路12包括数字无线电接口 52、晶條荡电路94、锁相 环92、可M率调整模i央93、和无线电信号解码器90。如进一步所示，集成 电路12包括多，成电路引脚串行输出引脚104、时钟输出引脚102、 IC相 关电源弓脚100-1、 I/O相关电源电压引脚100-2、双向弓脚122、和串行数据 时钟引脚120。该串行数据时钟引脚120支持在集成电路12和集成电路14之 间传输的串行数据时钟，并且该双向弓,122支J樣成电路12和集成电路14 之间的双向数据的传输。
图8是无线电信号解码器90的示意性框图，该无线电信号解码器90包括 低噪声放大器(LNA) 130、混频模块132、模数转换模i央134、数字基带转换 模块136、采样率转换模块138、解调模块140、信道分离模±央142、和误差检 测模块144。
在操作中，低噪声放大器130接收无线电信号16并将其放大以产生被放 大的无线电信号146。低噪声放大器130放大接收信号16的增益依赖于接收到 的无线电信号16的幅度和无线电信号解码器90的自动增益控制(AGC)功能。 该混频模块132将被放大的无线电信号146与本地振荡106混频以产生低中频 信号148。如果本地振荡106具有与无线电信号146的频率相匹配的频率；那 么该低中频信号148将具有大约为零的载波频率。如果本地振荡106略大于或 小于无线电信号146，夷B么该低中频信号148将具有基于无线电信号146的频 率与本地振荡106的频率之间的差值的载波频率。在这种情形下，低IF信号148 的载波频率的范围可以从零赫兹至IJ几十兆赫兹。
模数转换模块134将低IF信号148转换成数字低IF信号150。在一个实 施例中，该低IF信号148是包含同相分量和正交分量的复信号。因此，该模 数转换模块134将低IF信号148的同相分量和正交分量转换成相应的同相和 正交数字信号150。
该数字基带转换模士央136可操作耦合用于将该数字低IF信号150转换成 数字基带信号152。值得注意的是如果该数字低IF信号150具有为零的载波 频率，那么该数字基带转换模块136主要作为数字滤波器起作用以产生数字基 带信号152。然而如果该中频大于零，该数字基带转换模块136贝ij起作用以将 该数字低IF信号150转换成具有为零的载波频率皿行数字滤波。
将参考图17—19更详细地描述的采样率转换模块138接收数字基带信号 152和反馈误差信号154以产生数字无线电编码信号156。解调模块140对该 数字无线电编码信号156进行解调以产生数字无线电复合信号158。将参考图 10~12更详细地描述的误差检测模块144解释无线电信号复合信号158以产生 反馈误差信号154。该信道分离模块142可操作耦合用于根据该数字无线电复 合信号158产生左和右信道信号18。
图9是数字无线电复合信号158的频率图。该信号包括19KHz处的导频 音和38KHz处的另一音。该信号158也包括低频左加右(L+R)信号分量、左
减右(L-R)信号分量、和无线电数据信号(RDS)信号分量。误差检测模块 144利用19KHz导频音的已知特性和^A在数字无线电复合信号158中的实际 导频音的相应特性来确定误差反馈信号154。在这样的实施例中，采样率转换 模块138在M解调模块140謝，军调之前从数字基带信号152中去除由于过 程变化、温度变化等引起的误差。同样地，通过劍军调之前校正这个信号，现 有技术实施例的解调误差被避免。
图10是示出误差检测模块的功能的逻辑图。该误差检测模块的处理以步 骤160开始，其中它基于信号的已知特性确定解码后的无线电复合信号的周肌
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知音的前同步信号)、自相关函数、禾n/或互相关函数。
然后，该处理进入步骤162，其中误差检测模块比较该解码后的无线电复
合信号的测量周期与该无线电复合信号的理想周期。例如，该误差检测模块将
19KHz导频音的测量频率与19KHz导频音的已知理想周期相比较。
然后，该处理进入步骤164，其中误差检测模块基于测量周期和理想周期 之间的差值产生误差反馈信号。例如，如果导频音的实际周期不在19.1KHz的 理想导频音的可接受的容限(例如，+/—1%或更小)内，该误差检测模块产 生误差反馈信号以指示导频音的测量周期和导频音的理想周期之间的相位和/或 频率差。
图11是误差检测模±央144的实施例的示意性框图。在这个实施例中，误 差检测模块144包括混频模±央170、低通滤波器172、比较器174和反馈模士央 176。该混频模块170将数字参考振荡178(例如，用于代表理想导频音的19.1KHz 音)与数字无线电复合信号158相混频。可包括数字混频器的该混频模块170 产生混频信号180 (例如，sin(co!t)承sin("2t;H/2cos("广"2)t隱l/2cos(",+ "2)t,其 中^表示理想导频音的27i*f,且"2表示所测导频音的2兀*0。可以是具有2n 下采样因子的多卩形及联集成锥形滤波器的低通熗波器172对混劍言号180进行 滤波以产生接近DC的反馈误差信号182 (例如，滤去-l/2cos("一"2)t项，而 使1/2cos("广"2)t项通过)。
比较器174纟維近DC的反馈误差信号182与DC参考信号184进行比较 以产生偏差186 (例如，确定c^与"2之间的差值以产生该偏差)。如果复合信 号158的频率与数字参考振荡178的频率相匹配，该接近DC的反馈误差信号
182将具有零频率，因此该偏差186将为零。然而，如果复合信号158的频率 与数字参考振荡178的频率基本上不匹配，该接近DC的反馈误差信号182将 具有非DC频率。该偏差186反鹏近DC的误差反馈信号DC的偏差。将 参考图12更详细地描述的反馈模块176将该偏差186转换成误差反馈信号 154。
图12示出包含状态可变滤波器190、求和模块192和S A调制器194的 反馈模块176的示意性框图。该状态可变滤波器190对偏差186进，亍滤波以产 生滤波后的偏差196。该状态可变^^波器190类似于锁相环中的环路滤波器， 该锁相环包括电阻项和电容项以便求偏差186的积分。本质上，状态可变滤波 器190榭扁差186存储为滤波后的偏差196。然而，应注意的是，状态可变滤 波器190并不设定^M检测模块的带宽；其主要功能是担当低通滤波器和存储 滤波后的偏差196的存储器。
求禾口模土央192对滤波后的偏差196与定时差(timing difference)信号198 求和以产生和信号200。定时差信号198是己知的定时差信号，因此，滤波后 的偏差信号196仅代表由于包括过程容差以及温度漂移在内的这种情况所弓胞 的系统的未知定时差。S-A调制器194量化和信号200以产生反馈误差信号 154。
图13是解码器210的示意性框图，该解码器可以被用在无线电信号解码 器集成电路12中或可以是用于对从分离装置所传输的数字编码信号进行解码 的3te解码器。在这个实施例中，解码器210包括采样率转换模块138、解码 模块212、和误差检测模块114。该采样率转换模块138可操作耦合用于基于 误差反馈信号154将编5马信号214的速率从第"^I率转换为第二速率以产生经 速率调整的编码信号216。例如，编码信号214可以具有400KHz的采样率， 并且经速率调整的编码信号216可以具有152KHz或228KHz的采样率。
解码模块212可操作耦合用于对经速率调整的编码信号216进纟，科马以产 生解蹄言号218。解码模块212的功能对应于用于产生编码信号214的编码功 能。因此，如果该编码信号通过调制功能(例如，AM、 FM、 BPSK、 QPSK 等)产生，则解码调制将是相应的解调功能。替代地，如果该编码信号214是 ffi31编码功能、例如加扰、交织等产生的，则该解码模块将具有对应的相反功
，检测模块144基于解石别言号218的已知特性和解,号218的实际测 劐寺性之间的差确定误差反馈信号154。在一个实施例中，解石膽号218的已 知特性与解蹄言号218的信号分量的周期相对应。将这个周期与该信号分量的 理想周期相比较以产生误差信号154。该信号分量可以包括导频音和/或训练序 列。
图14是解码器220的另一个实施例的示意性框图，该解码器220可以被 用于无线电信号解码器集成电路12中或被用作独立解码器。该解码器220包 括采样模块222、釆样率转换模块138、解码模块212、和误差检观赎块144。 m^样率转换模块138、解码模块212和误差检观赎块144如之前参考图13所 描述的那样起作用。
采样模块222接收输入信号224并以给定的采样率对该输入信号进行采 样，以产生编码信号214。该输入信号224可以是数字信号或者模拟信号。如 果输入信号224是模拟信号，则i亥采样模块222包括模数转换功能以便以给定 的采样率产生编码信号214。 一般，解码器用于接收相对于第一时钟域(例如， 划寸器的时钟域)而产生的输入信号。采样模块222对具有第二时钟域的输入 信号进行采样，并且DRC将样本从第二时钟域的速率转换到第一时钟域的速 率。然后，解码模块212以第一时钟域的速率处理数据。
图15是可以用在无线电信号解码器集成电路12中劇虫立解码器中的数字 解码器230的另一个实施例的示意性框图。数字解码器230包括第一采样率转 换模块138—1、第二采样率转换模块138—2、解调模块232、和误差检领赎块 234。该第一釆样率转换模±央138—1可操作耦合用于基于误差反馈信号244调 整同相(I)信号236的采样率以产生经速率调整的同相信号240禾n/或其衍生 物。i織二采样率转换模士央138—2可操作耦合用于基于误差反馈信号244调 整正交(Q)信号238的采样率以产生经采样调整的正交信号242和/或其衍生 物。如本领域的普通技术人员将理解的，该同相和正交信号236和238可与图 8的数字基带信号152的信号分量相对应。
可以是图8中的解调模块140的解调模i央232对经速率调整的同相信号分 量240和经速率调整的正交信号分量242进纟，科周，以产生复合数字信号。可 以与图8中的误差检测模块144相对应的误差检测模块234基于复合数字信号 的实际和已知特性来确定误差反馈信号244。该误差反馈信号244的确定可以
根据之前对误差检测模块144的功能的论^6S行。图16是由误差反馈模i央144、采样率转换模块138和解调模块140所执 行的误差校正功能的一个例子。在这个例子中，理想导频音240被示出为实线， 而实际导频音测量241用虚线示出。该误差检测模决144确定实际导频音信号 241相对于理想导频音信号240的正或负的定时误差242或244。该反馈误差 信号154与正或负的定时误差242或244相对应，因此采样率转换模i央138基 于该正或负的定时误差来调整采样率转换，从而在解码之前基本上阐明定时误 差242和/或244。图17是包括采样模块250、低通滤波器252、线性采样率转换模块254、 和2-A调制器255的采样率转换模i央138的示意性框图。该采样模块250对 具有第一采样率的数字输入信号256进行采样，以产生数字采样信号258。至 少，该采样模块250根据奈奎ff^il率对该数字输入信号进行过采样。在一个 实施例中，该数字输入信号可以包括基带无线电信号的同相信号分量和基带无 线电信号的正交信号分量。因此，数字上采样信号258将包括战样I分量和 上采样Q分量。该低通滤波器252对数字采样信号258进行滤波以产生数字滤波信号 260。应注意的是，在一个实施例中，i亥采样模块250和低通滤波器252可以 ffi51级联集成锥形滤波器264来实现。该线性采样率转换模块254基于控制反馈信号264将数字滤波信号260转 换成会^样率调整的数字信号262。在一个实施例中，该S-A调制器255可以 基于经采样率调整的数字信号262的速率与数字输入信号256的速率之间的比 H^产生控制反馈信号264。如本领域的普通技术人员将理解的，经采样率调 整的数字信号262的速率可以大于或小于数字输入信号256的速率。禾i」用这样 的采样率转换器，与使用特定样本值相反，由于使用样本值的时间平均而需要 很少的位。在另一个实施例中，当对于经采样率调整的数字信号的样本而言该控制反 馈信号具有在第一值域、例如正或负采样率的给定百分比内的值时，线性采样 率转换模块254用于将数字滤波信号的样本作为经采样率调整的数字信号的样 本传送。当对于经采样率调整的数字信号的样本而言该控制反馈信号具有在第 一值域之外的值时，线ta样率转换模i央254也用于基于数字滤波信号的当前
样本和数字滤波信号的前一样本来确定作为经釆样率调整的数字信号的样本的 样本值。该第一值域对应于数字滤波信号在时间上与经采样率调整的数字信号 的期望样本点之间的差量。例如，该第一值域可以与正或负10%或更小的差相对应。该线' 样率转换模±央254可以ffiil将之前的样本值与控制反馈信号的值 相乘以产生第一乘积来确定样本值。然后，该线性采样率转换模块从反馈误差 信号的最大值中减去控制反馈信号的值以产生互补的误差反馈信号。然后，该 线性采样率转换模块将当前样本与该互补的误差反馈信号相乘以产生第二乘 积。然后，该线性采样率转换模i央对第一和第二乘积求和以产生总和，并且用 该反馈误差信号的最大值除该总和以产生样本值。通常，该统性采样率转换模 块254执行线性函数以确定样本值，其中该线性函数可以对应于Y=mX+b。如本领域的普通技术人员将理解的，可以利用线'性采样率转换模块254和 S-A调制器255来实现线性内插器。该线性采样率转换模块可操作耦合用于 根据控制反馈信号对数字信号进行采样。该2 - A调制器可操作耦合用于基于 内插比产生控制反馈信号。在一个实施例中，该内插比是线性内插器的输入采 样率与输出采样率之间的比值。图18示出可用于图8的采样率转换器138的采样^$封奂器170的另一个 实施例的示意性框图。i^^样^^封奂器270包括采样模块272、确定模块274、 和输出模块276。 i亥采样模块272可操作耦合用于基于采样率280对输入信号 278进行上采样以产生数字采样信号286的样本284。应注意的是，在一个实 施例中，i亥输入信号278可与图8的数字基带信号152相对应。在另一个实施 例中，该输入信号278可以是模拟信号^字信号。应注意的是，如果输入信 号278是数字信号，该采样模块272则进一步包括数字低通滤波器以对数字信 号进行滤波，从而产生相应的输入信号278。采样率280可以是产生数字采样 信号286的任一整数值。例如，采样率280可以是输入信号278的速率的任一 2N上采样率或纖麟样率。该确定模块274可操作耦合用于根据数字采样信号286的样本284确定误 差项288。针对数字采样信号286的给定样本，该确定模块274确定数字采样 信号的样本是否具有在第一值域内的误差项。该确定模块274基于数字采样信 号286的已知特性与特定样本284的比 确定该误差项。如果该特定样本284 与数字采样信号286的已知特性不一致，该误差项288则被产生。该输出模块276可操作耦合用于当误差项284在第一值域内时将该样本 284作为经采样率转换的数字信号292的输出样本290传送。该输出模块276 也可操作耦合用于基于该误差项288根据数字采样信号286的样本284确定采 样率转换数對言号292的输出样本290的值。在一个实施例中，该输出模块276 ffiil将之前的样本与该误差项相乘以产生第一乘积来根据样本284、误差项288 确定样本290。然后，该输出模i央从误差项的最大值中减去该误差项以产生互 补的误差项。然后，该输出模块276将该样本和互补的误差项相乘以产生第二 乘积。然后，该输出模块276对第一和第二乘积求和以产生总和，然后用该误 差项的最大值来除该总和以产生样本值。图19A-19D示出图8、 17和18中的采样率转换器的功能。如图19A中所 示，采样率转换器输入信号256具有为8的第一釆样率。{総样，正弦信号每 个周期将具有8个釆样点。如图19A中同样所示，输入信号256以特定速率(例 如16)被上采样以产生数字上采样信号的多个样本300。如本领域的普通技术 人员将理解的，为8的采样率与16的过采样仅仅是冑,被使用的许多值的例 子。图19B示出理想的食辣样率转换的输出信号304，其中新采样率采样点302 被示出。在这个例子中，该理想的经采样率转换的输出信号304 *周期具有 6个采样点。如本领域的普通技术人员将理解的，为6的采样率仅仅是育,被 使用的许多值的例子。如图19B中同样所示，老采样率点用X表示并且新采样率点302被示出 为零。数字滤波信号的样本306用直到数字滤波信号260的幅度的线示出。如 进一步所示的，两U样率转换点的细节将在图19C和图19D中被进一步示 出。在图19C中，老采样率点308被示出为提供围绕新采样点302的边界。 如同样示出的，数字滤波信号的样本306中的一个与该新采样率采样点302在 时间上一起出现。在这种情况下，由于特定样本306和新采样率釆样点302之 间的差值被及时调整，该误差项将是零。同样地，针对理想的经釆样率转换的 信号304所输出的样本是样本306 0图19D示出两个上采样点306之间在时间上出现的新采样点。在这种情
况，误差项被确定，并且基于线性函数和邻近样本306，针对理想的经采样率 转换的信号304所输出的样本被确定。如本领域的普通技术人员将理解的，如在这里可使用的术语"基本上"或 "大约"为其相应的术语和/或术语之间的相关性提供工业接受的容差。这种 工业接受的容差的范围从小于1%到20%，并对应于但不限于元fHl、集成电 路过程变化、温度变化、上升和下降时间、禾B/或热噪声。术语之间的这种相关 性的范围从百分之几的差值到巨大的差值。如本领域的普通技术入员将进一步 理解的，如这里可使用的术语"可操作耦合"包括直接耦合和经由另外的部件、 元件、电路或模块间接耦合，其中对于间接耦合来说，插入的部件、元件、电 路或才莫块不修改信号的信息，但可以调整该信号的电流电平、电压电平、禾口/或 功率电平。如本领域的普通技术人员也将理解的，推断的耦合(即，其中一个 元件根据推断耦合到另一个元件上)包括两个元件之间以与"可操作耦合"相 同的方式直接和间接耦合。如本领域的普通技术人员将进一步理解的，如这里 可l顿的术词"有利地比较"表明两个或者更多元件、项、信号等之间的比较 提供所希望的关系。例如，当所期望的关系是信号1具有比信号2更大的幅度， 当信号1的幅度大于信号2的幅度或当信号2的幅度小于信号1的幅度时，可 以实现有利的比较。前面的论述已经介绍了一种手提式装置，该手提式装置结合无线电信号解 码器集成电路优化接口与数字音频处理集成电路。如本领域的普通技术人员将 理解的，其他的实施例可以在不偏离权利要求的范围的情况下从本发明的教导 中导出。
权利要求
1、 一种采样率转换器，包括上采样模块，可操作耦合用于对具有第一速率的数字输入信号进行上采样 以产生数字上采样i言号；低通滤波器，可操作耦合用于对所述数字上采样信号进行低通滤波以便以 上采样速率产生数字滤波i言号；禾口线性釆样率转换模块，可操作耦合用于基于控制反馈信号和线性函数将所 述数字上采样信号转换成具有第二速率的经采样率调整的数字信号，其中所述 第HI率和所述第二速率之间的关系是非2次幂。
2、 权利要求1的采样率转换器，其中所述低通滤波器和所^K样模 块包括级联集成梳状(CIC)滤波器，可操作耦合用于对所述数字输入信号进行 ^^波和上采样以便以第二 速率产生数字，样数字信号。
3、 权利要求1的采样率转换器，进一步包括所述数字输入信号包括基带无线电信号的同相信号分量；并且 经速率调整的数字信号包括经速率调整的同相信号分量和经速率调整的导 出同相i言号分量。
4、 权利要求1的采样率转换器，进一步包括 所述数字输入信号包括基带无线电信号的正交信号分量；并且 会SI率调整的数字信号包括经速率调整的正交信号分量和经速率调整的导出正^f言号分量。
5、 权利要求1的采样率转换器，其中所述线性采样率转换模块进一步 起作用以便当对于所述纟，样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在 第一值域之内的值时，将所述数字上采样信号的样本作为所述*，样率调整的 数字信号的样本传送；并且当对于所述经釆样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在 所述第一值域之外的值时，基于所述数字上采样信号的当前样本和所述数字上 采样信号的之前样本，确定样本值作为所述乡辣样率调整的数判言号的样本。
6、 权利要求5的采样,换器，其中确定样本值包括 将所粒前样本与所述控制反馈信号的值相乘以产生第一乘积； 从反馈误差信号的最大值中减去所述控制反馈信号的值以产生互补的误差反馈值；将所述当前样本与所述互补的误差反馈值相乘以产生第二乘积； 对所述第一和第二乘积求和以产生总和；以及 用所述反馈误差信号的最大值来除所述总和以产生所述样本值。
7、 一种采样率转换器，包括采样模±央，可操作耦合用于以某一采样率对输入信号进行采样以便以该采 样率产生数字采样i言号；确定模块，可操作耦合用于确定对于第二速率的釆样率转换数字信号的给 定样本来说所述数字采样信号的样本是否具有在第一值域之内的误差项，其中 所棘样率和所述第二速率之间的关系是非2次幂；禾口输出模块，可操作耦合用于当所述误差项在所述第一值域之内时，将所述数字采样{言号的样本作为所 述给定样本传送；并且当所述误差项不在所述第一值域之内时，基于所述数字采样信号的样本、 所述数字采样信号的之前样本、和所述误差项，确定所述给定样本的值。
8、 权禾腰求7的采样率转换器，其中所述输入信号包括模拟信号。
9、 权利要求7的采样率转换器，进一步包括所述输入信号包括第一速率的数字信号，其中所述第一速率和所述采样率 之间的关系是一个整数；以及所 样模块包括数字低通滤波器，以m数對言号进行低通滤波以产生 所述输入信号。
10、 权利要求7的采样率转换器，其中所述输出模i央进一步起作用以便 将所述之前样本与所述误差项相乘以产生第一乘积； AAff述误差项的最大值中减去所述误差项以产生互补的误差项； 将所述样本与所躯补的误差项相乘以产生第二乘积； 对所述第一和第二乘积求和以产生总和，，以及 用所述误差项的最大值来除所述总和以产生所述样本值。
11、 一种数字调频(FM)解码器，包括低噪声放大器，可操作耦合用于放大接收到的FM信号以产生被放大的FM 信号；混频模块，可操作耦合用于基于本地振荡将所述被放大的FM信号转换成低中频(IF)信号；模数转换模块，可操作耦合用于将所述低IF信号转换成数字低IF信号； 数字基带转换模块，可操作耦合用于将所述数字低IF信号转换成数字基带信号；采样率转换器，可操作耦合用于基于反馈误差信号将所述数字基带信号从 第"HI率调整到第二速率以产生数字FM编码信号；解调模块，可操作耦合用于对所述数字FM编码信号进4勃牟调以产生数字 FM复合信号；信道分离模块，可操作耦合用于从所述数字FM复合信号中分离出左信道 信号和右信道信号；禾口误差检测模块，可操作耦合用于基于所述数字FM复合信号产生所述反馈 误對言号。
12、 权利要求11的数字FM解码器，其中所舰样率转换器包括 上采样模块，可操作耦合用于对具有第一速率的数字基带信号进行上采样以产生数字上采样信号；低通滤波器，可操作耦合用于对所述数字上采样信号进行低通滤波以便以 上采样速率产生数字滤波i言号；和线'I4^样率转换模块，可操作耦合用于基于控制反馈信号和线性函数将所 述数字上采样信号转换成具有第二速率的数字FM编码信号，其中所述第1 率和第二速率的关系是非2次幂。
13、 权利要求12的数字FM解码器，其中所述低通滤波器和所i^h^ 样模块包括级联集成梳状(CIC)滤波器，可操作耦合用于对所述数字基带信号进行 滤波和上采样以便以第二繊速率产生数字战样数對言号。
14、 丰又利要求12的数字FM解码器，其中所 样率转换器进一步包括 所述数字基带信号包括同相信号分量和正交分量；以及 所述数字FM编石别言号包括乡SI率调整的同相信号分量、经速率调整的导 出同相信号分量、经速率调整的正交信号分量、和经速率调整的导出正交信号
15、 权利要求12的数字FM解码器，其中所述线14^样率转换模±央进 一步起作用以便当对于经采样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在第一 值域之内的值时，将所述数字上采样信号的样本作为所述数字FM编码信号的 样本传送；并且当对于经采样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在所述 第一值域之外的值时，基于所述数字上采样信号的当前样本和所述数字上采样 信号的之前样本，确定样本值作为所述数字FM编码信号的样本。
16、 权利要求15所述的数字FM解码器，其中确定样本值包括 将所^t前样本与所述控制反馈信号的值相乘以产生第一乘积； 从反馈误差信号的最大值中减去所述控制反馈信号的值以产生互补的误差反馈值；将所述当前样本与所述互补的误差反馈值相乘以产生第二乘积； 对所述第一和第二乘积求和以产生总和；以及 用所述反馈误差信号的最大值来除所述总和以产生所述样本值。
17、 权利要求11的数字FM解码器，其中所棘样率转换器包括 采样模块，可操作耦合用于以某一采样率对数字基带信号进行采样以便以iM样率产生数字采样信号；确定模块，可操作耦合用于确定对于所述数字FM编码信号的给定样本来 说所述数字采样信号的样本是否具有在第一值域之内的反馈误差信号的误差 项，其中所述采样率和所述第二速率之间的关系是非2次幂；禾口输出模块，可操作耦合用于当所述误差项在所述第一值域之内时，将所述数字采样信号的样本作为所 述给定样本传送；并且基于所述数字采样信号的所述样本、所述数字采样信号的之前样本、和所 述误差项，确定所述给定样本的值。
18、 权利要求17的数字FM解码器，其中所述采样模块包括 数字低通滤波器，用于 所述数字基带信号进行上采样之前对所述数字基带信号进行低通滤波。
19、 权利要求17的数字FM解码器，其中所述输出模±央进一步起作用以便将所前样本与所述误差项相乘以产生第一乘积； /A^述误差项的最大值中减去所述误差项以产生互补的误差项； 将所述样本与所述互补的误差项相乘以产生第二乘积； 別尸/T3di先一W邻一米々只水々WW广'土Ai、冲W;以及用所述误差项的最大值来除所述总和以产生所述样本值。
20、 一种采样率转换器，包括采样模块，可操作耦合用于对具有第一速率的数字输入信号进行采样以产 生具有第二速率的釆样数字i言号；低通i^波器，可操作耦合用于对所述采样数字信号进行滤波以产生滤波数滩号；线性采样率转换模块，可操作耦合用于根据控制反馈信号对所述滤波数字 信号进行采样以产生具有第三速率的经采样率调整的数字信号；禾口2 - A调制器，可操作耦合用于基于所述第一和第三速率产生所述控制反 馈信号。
21、 权利要求20的采样率转换器，进一步包括 级联集成梳状滤波器，作为所 样模块和低通滤波器起作用。
22、 权利要求20所述的釆样率转换器，其中所述线性采样率转换模块进 一步起作用以便.-当对于所述乡，样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在 第一值域之内的值时，将所述数字上采样信号的样本作为所述经采样率调整的 数字信号的样本传送；以及当对于所述^^样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在 所述第一值域之外的值时，基于所述数字上采样信号的当前样本和所述数字上 釆样信号的之前样本，确定样本值作为所述纟^样率调整的数字信号的样本。
23、 权利要求22所述采样率转换器，其中确定样本值包括 将所粒前样本与所述控制反馈信号的值相乘以产生第一乘积； 从反馈误差信号的最大值中减去所述控制反馈信号的值以产生互补的误差 反馈值；将所述当前样本与所述互补的误差反馈值相乘以产生第二乘积； 对所述第一和第二乘积求和以产生总和；以及 用所述反馈误差信号的最大值来除所述总和以产生所述样本值。
24、 一种线性内插器，包括线十 样率转换模块，可操作耦合用于根据控制反馈信号对数字信号进行 采样；和2- △调制器，可操作耦合用于基于内插比产生所述控制反馈信号。
25、 权利要求24的线性内插器，其中所,性采样率转换模块进一步起 作用以便当对于经采样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在第一 值域之内的值时，将数字上采样信号的样本作为经采样率调整的数字信号的样 本传送；以及当对于经采样率调整的数字信号的样本来说所述控制反馈信号具有在所述 第一值域之外的值时，基于所述数字上采样信号的当前样本和所述数字上采样 信号的之前样本，确定样本值作为所述经采样率调整的数字信号的样本。
26、 权利要求25所述的线性内插器，其中确定样本值包括 将所述之前样本与所述控制反馈信号的值相乘以产生第一乘积； 从反馈误差信号的最大值中减去所述控制反馈信号的值以产生互补的误差反馈值；将所述当前样本与所述互补的误差反馈值相乘以产生第二乘积； 对所述第一和第二乘积求和以产生总和；以及 用所述反馈误差信号的最大值来除所述总和以产生所述样本值。
全文摘要
采样率转换器包括上采样模块、低通滤波器和线性采样率转换模块。该上采样模块可操作耦合用于对具有第一速率的数字输入信号进行上采样以产生数字上采样信号。该低通滤波器可操作耦合用于对该数字上采样信号进行低通滤波以便以上采样速率产生数字滤波信号。该线性采样率转换模块可操作耦合用于基于控制反馈信号和线性函数将所述数字上采样信号转换成具有第二速率的经采样率调整的数字信号，其中第一速率和第二速率之间的关系是非2次幂。
文档编号H04L27/06GK101124797SQ200580017572
公开日2008年2月13日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年5月11日
发明者M·R·梅 申请人:西格马特尔公司