专利名称：模数转换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模数转换系统、尤其是在满足宽动态范围和宽频带的同时实现简 化的变频电路的模数转换系统。
背景技术：
信号分析器被用于从时域和频域两个角度分析无线设备(比如移动电话)的信 号。信号分析器将受测试的模拟信号转换成数字数据，所述数字数据例如使用FFT而被数 字处理以产生频域数据。需要信号分析器具有较宽的动态范围和较宽的频带。关键在于在模数转换中满足 宽动态范围和宽频带二者。然而，同时满足宽动态范围(=大比特数)和宽频带(=高采样频率)二者对于现 有的模数转换器而言非常困难。例如，由美国LinearTechnology公司制造的LTC2242-12、 12比特模数(AD)转换器具有采样频率250MHz。由所述公司制造的LTC2208、16比特AD转 换器具有采样频率130MHz。如上所述，比特数越大，则采样频率总的来说就越低。因此，常规的信号分析器可能具有多个模数转换器，其中所述模数转换器之一针 对动态范围被优化，而另一转换器针对带宽或者高采样频率被优化，并且它们被并行地使 用。例如，日本专利3433724就公开了一种这样的发明。图1是日本专利No. 3433724所公开的发明的方框图。第一路径具有窄频带但宽 动态范围，并且第二路径具有窄动态范围但宽频带。
发明内容
所述使用多个模数转换器的方法需要相应的变频器，因为应当被提供给相应电路 的信号的频带不同。在图1中，提供有第一和第二混频器6和8以产生具有适于相应的第 一和第二路径的频带的信号。增加变频器数目将导致电路复杂度和成本增加。根据本发明实施例的模数转换系统使用具有不同采样频率和比特数的第一和第 二模数转换装置的组合来产生具有宽频带的窄动态范围的数字数据以及具有宽动态范围 的窄频带的数字数据，但是使用共同的变频装置来给它们提供从输入信号得出的中频信 号。其中第一模数转换装置的采样频率是Fsl，并且第二模数转换装置的采样频率是Fs2， Fs2低于Fsl。第一滤波装置给第一模数转换装置提供输出信号，该输出信号是通过让所述 中频信号通过第一模数转换装置的第n个奈奎斯特区中的第一频带而获得的。第二滤波装 置给第二模数转换装置提供输出信号，该输出信号是通过让所述中频信号通过第二模数转 换装置的第k个奈奎斯特区中的第二频带而获得的。其中n和k是奈奎斯特区的序号。在本发明的实施例中，第k个奈奎斯特区频带被设置在第n个奈奎斯特区频带之 内，并且第n个奈奎斯特区频带被设置在所述中频信号的频带之内。更优选地，第k个奈奎 斯特区频带被设置在第n个奈奎斯特区频带的中心部分中，并且第n个奈奎斯特区频带被 设置在所述中频信号的频带的中心部分中。具体而言，第n个和第k个奈奎斯特区的序号n和k为整数，并且满足等式(2n-l)Fsl = (2k-l)Fs2的n、k、Fsl和Fs2被选择并且被用于 使第n个和第k个奈奎斯特区的中心频率对齐，从而使得所述值可以被称为基准，并且可以 使用经过调整的值。换言之，可以选择和使用粗略地满足(和/或完全满足)等式(2n-l) Fsl = (2k-l)Fs2 的值。另外，第一和第二频带的中心频率可以基本上和/或完全对齐。这允许第一和第 二模数转换装置使用所述中频信号的中心部分，这导致最佳的特性。为了方便电路设计，第 n个奈奎斯特区的序号n优选地应当是2或2以上的整数。然后，第二转换装置的第k个奈 奎斯特区的序号k可以是3或3以上的大于n的整数，因为采样频率Fs2低于第一转换装 置的采样频率。如所述的那样，本发明的实施例组合模数转换器，以使得一个具有高采样频率 (宽频带)但是具有小比特数(窄动态范围)，而另一个具有低采样频率(窄频带)但是具 有大比特数(宽动态范围)，同时可以使用给所述模数转换器提供中频信号的共同的变频 装置。因此，其在简化RF电路以降低成本的同时具有出色的动态范围和宽频带。可以根据 某个目的通过修改模数转换器的组合来容易地重新配置该系统。
图1 (现有技术)是包含模数转换器的常规信号分析器的方框图。图2是包括根据本发明实施例的模数转换系统的信号分析器的方框图。图3是用于解释奈奎斯特区的序号的图。图4示出了第一和第二频带与在第一和第二 AD转换器54和56中使用的奈奎斯 特区之间的关系。
具体实施例方式图2是包括根据本发明实施例的模数转换系统32的信号分析器30的方框图。其 具有CPU、硬盘驱动器、鼠标等等，尽管它们未被示出，但是在PC中是公知的。用户可以通过 操作面板(未示出)建立必要的设定、比如该用户想要测量的输入信号Sin中的频带的中 心频率和频宽。变频阶段34接收输入信号Sin，并且根据用户设置的频带(其由该输入信号Sin 中的用户期望的频带的中心频率和频宽来定义)产生具有合适频带的中频(IF)信号Sif， 并且所述频带被用在下面所述的AD转换器中。在图2中，混频器38和本机振荡器40—次 将频率上变频到更高频率以无缝地获得从DC到高频的任意频带。低通滤波器36剪除不必 要的高频分量以便避免在上变频中产生不必要的分量。带通滤波器(BPF)42提取出必要的 频带。混频器44和本机振荡器46根据模数转换器54和56的特性将所提取的频带下变频 到更低频率。分路器48接收IF信号Sif并且将其分配给第一和第二 BPF50和52。第一和第二 BPF50和52从输入信号Sif中提取出适合相应的第一和第二模数 (AD)转换器54和56的特性的频带，并且将其提供给第一和第二 AD转换器54和56。具 体而言，它们分别对按现状在第一和第二 AD转换器54和56的每个采样频率的带宽的一半 (奈奎斯特频率)之内的输入信号Sif进行滤波。
第一和第二 AD转换器54和56所使用的奈奎斯特区的序号被设置，以通过组合它 们来优化动态范围和带宽。在下面的描述中，令第一 AD转换器54的采样频率为Fsl并且 第二 AD转换器56的采样频率为Fs2，Fs2低于Fsl。 数字信号处理器(DSP) 62和64分别处理来自相应AD转换器54和56的数字数据 以将它们提供给存储器66。存储器66存储所述数据并且在必要时将其提供给显示设备68。图3是解释奈奎斯特区的序号的图。令AD转换器的采样频率为Fs，则奈奎斯特区 在每Fs/2被定义。第一奈奎斯特区的序号是1，第二奈奎斯特区的序号是2，以此类推。如果使用序号是二或二以上的奈奎斯特区，则所产生的数字数据是假信号 (alias)，因为该频率大于奈奎斯特频率Fs/2。但是如果使AD转换器的输入信号的频带落 入与相应滤波器相同的奈奎斯特区，则输入信号与所产生的数字数据的频率之间的关系由 简单等式来描述。例如，如果使用第三奈奎斯特区，则所产生的数字数据的频率表现为依照 等式“输入信号频率_采样频率Fs”的经过变频的假信号。因此，即使直接由AD转换器所 产生的数字数据是假信号，DSP仍然可以产生表示该AD转换器的输入信号的正确频率的数 字数据。信号分析器通常使用第二奈奎斯特区。如果使用第一奈奎斯特区，则需要DC放大 电路，因为其包括DC。但是第二奈奎斯特区允许利用AC电路来处理通过所述频带，并且相 对于第三或更高奈奎斯特区而言，可容易地获得更佳的模数转换IC。然而，采样频率相对低的一些模数转换IC即使在第三或更高奈奎斯特区中仍然 具有好的性能。例如，Linear Technology公司的所述LTC220816比特130Msps AD转换IC 具有比所述公司的LTC2242-1212比特250Msps AD转换IC低的采样频率。然而，LTC2208 所具有的SFDR (无杂散动态范围)是250MHz下83dB，这意味着其直到大约采样频率130MHz 的两倍处、或者在第四奈奎斯特区的上限附近都具有好的特性。图4示出了第一和第二频带与第一和第二 AD转换器54和56所使用的奈奎斯特 区之间的关系。在该实施例中，第一 BPF 50通过让中频信号Sif通过第二奈奎斯特区之内 的使用频带(以后称为“第一频带”)来给第一 AD转换器54提供信号。第二 BPF 52通过 让中频信号Sif通过第三奈奎斯特区之内的使用频带(以后称为“第二频带”)来给第二AD 转换器56提供信号。从使用共同的中频信号Sif的角度来看，第二频带可以处于第一频带之内的任意 位置。然而，中频信号Sif的频带中的中心位置显示出最佳特性，因为变频阶段34也使用 滤波器。考虑到这一点，优选地使第一和第二频带的中心频率对齐，以获得更佳的特性。然 后，优选地选择采样频率和奈奎斯特区序号以使包括第一和第二频带的奈奎斯特区的中心 对齐。在图4的实施例中，第一 AD转换器54的包括第一频带的第二奈奎斯特区的中心 频率和第二 AD转换器56的包括第二频带的第三奈奎斯特区的中心频率分别是3/4Fsl和 5/4Fs2。因此，采样频率Fsl和Fs2可以被选择为满足等式3/4Fsl = 5/4Fs2。总的来说，如果第一和第二AD转换器54和56使用的奈奎斯特区的序号是n和k(n 和k为整数)，则中心频率被分别描述为(2n-l)Fsl/4和(2k_l)Fs2/4。然后，采样频率Fsl 和Fs2和奈奎斯特区序号n和k可以被选择为满足等式(2n-l)Fsl = (2k_l)Fs2。注意， 该条件用于如所述的那样获得最佳特性，从而使得使用所述等式所选择的值可以被称为基准，并且可以使用经过调整的值。也就是说，可以使用粗略地满足等式(2n-l)Fsl = (2k-l) Fs2的值。为了方便电路设计，如上所述，第n个奈奎斯特区的序号n优选地应当是2或2以 上的整数。然后，第二 AD转换器56的第k个奈奎斯特区的序号k可以是3或3以上的大 于n的整数，因为采样频率Fs2低于第一 AD转换器54的采样频率。如所述的那样，本发明的实施例组合模数转换器，从而使得一个是高采样频率 (宽频带)但是小比特数(窄动态范围)，而另一个是低采样频率(窄频带)但是大比特数 (宽动态范围)，同时给它们提供共同的中频信号。因此，其在简化RF电路以降低成本的同 时具有出色的动态范围和宽频带。可以根据某个目的通过修改模数转换器的组合来容易地 重新配置该系统。上面的实施例示出了具有两个模数转换器的例子，但是可以类似地实现 具有三个或三个以上转换器的系统。
权利要求
一种模数转换系统，其包括变频器，其接收输入信号并提供中频信号；第一模数转换器，其具有采样频率Fs1；第二模数转换器，其具有低于Fs1的采样频率Fs2；第一滤波器，其给第一模数转换器提供输出信号，该输出信号是通过对所述中频信号进行滤波以通过第一模数转换器的第n个奈奎斯特区中的第一频带而获得的；以及第二滤波器，其给第二模数转换器提供输出信号，该输出信号是通过对所述中频信号进行滤波以通过第二模数转换器的第k个奈奎斯特区中的第二频带而获得的，其中第k个奈奎斯特区频带被设置在第n个奈奎斯特区频带之内，并且第n个奈奎斯特区频带被设置在所述中频信号的频带之内。
2.如权利要求1中所述的模数转换系统，其中第n个和第k个奈奎斯特区的序号n和 k为整数，并且基本满足等式(2n-l)Fsl = (2k-l)Fs2。
3.如权利要求1中所述的模数转换系统，其中第一和第二频带的中心频率基本相同。
4.如权利要求2中所述的模数转换系统，其中第一和第二频带的中心频率基本相同。
5.如权利要求1任一中所述的模数转换系统，其中第n个奈奎斯特区的序号n是2或 2以上的整数，并且第k个奈奎斯特区的序号k是大于n的整数。
6.如权利要求2任一中所述的模数转换系统，其中第n个奈奎斯特区的序号n是2或 2以上的整数，并且第k个奈奎斯特区的序号k是大于n的整数。
7.如权利要求3任一中所述的模数转换系统，其中第n个奈奎斯特区的序号n是2或 2以上的整数，并且第k个奈奎斯特区的序号k是大于n的整数。
8.如权利要求4任一中所述的模数转换系统，其中第n个奈奎斯特区的序号n是2或 2以上的整数，并且第k个奈奎斯特区的序号k是大于n的整数。
全文摘要
在组合如下的AD转换器的同时允许设定来给所述AD转换器提供共同的中频信号，所述AD转换器中的一个是宽频带但是窄动态范围，而另一个是窄频带但是宽动态范围。第一BPF50给第一AD转换器54提供通过让中频信号Sif通过第一AD转换器54的第二奈奎斯特区中的第一频带而获得的输出信号。第二BPF52给第二AD转换器56提供通过让所述中频信号Sif通过第二AD转换器56的第三奈奎斯特区中的第二频带而获得的输出信号。此时，第二频带被设置在第二奈奎斯特区频带的中心部分中，并且第一频带被设置在所述中频信号的频带的中心部分中。
文档编号H04L27/14GK101809453SQ20088010068
公开日2010年8月18日 申请日期2008年7月28日 优先权日2007年7月27日
发明者奈良明 申请人:特克特朗尼克国际销售有限责任公司