温度计代码数字音频转换器的制作方法

专利名称：温度计代码数字音频转换器的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及数模转换领域，具体涉及基于温度计代码的数模转换。
背景技术：
温度计代码数模转换器(DAC)是现有技术中公知的。传统的温度计代码数模转换器是所谓的电流导引型的。对于m比特的数字输入信号的转换，电流导引型的传统数模转换器包括n个相同的电流源，其中n＝2m1。每个电流源流过实际恒定的电流I。
每个电流源是可切换的，以便进行数模转换。在这样的传统数模转换器中，用温度计编码的信号来控制电流源I的切换。为了概观各个现有技术，可参见美国专利第6,163,283号。
美国专利第6,359,467号示出了一种数模转换器，它将随机化的数字代码转换为模拟信号。随机化是通过电流模式随机性发生器来进行，电流模式随机性发生器根据由伪随机数发生器提供的控制字来随机化数字代码。
美国专利第6,225,929号示出了一种具有可切换电流源和电阻串(resistorstring)的数模转换器。所述电阻串包括串联连接在地节点和模拟电压输出信号之间的N个电阻。
节点1到N 1被定义在N个电阻之间的连接处，并且，节点N连接到模拟电压输出信号。N个可切换电流源的每一个，由N比特的数字输入信号的对应的一个来控制，以便，当N个节点的对应的一个的对应的N个比特中的一个处于第一状态的时候，向N个节点的对应的一个提供电流，并且，当N个节点的对应的一个的对应的N个比特中的一个处于第二状态的时候，不向N个节点的对应的一个提供电流。数模转换器包括温度计转换逻辑电路，用于控制每个可切换的电流源。
一般地，每个电流源被使能(enabled)不同数量的时间，并且在所实施的电流之间的失配具有增加的影响。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于数模转换和改进的数模转换器、尤其是用于音频应用的改进的方法。
通过应用在独立权利要求中公开的特征而基本地实现本发明的目的。在从属权利要求中提供了本发明的优选实施例。
本发明提供了一种在数模转换过程中减少电流源失配对信号失真的影响的有效方法和装置。实质上，这是通过根据要转换的数字信号本身控制随机性发生器的操作而实现的。
按照本发明的一个优选实施例，随机性发生器包括一个桶形移位(barrelshift)器，用于温度计编码的信号的随机化。优选的是，通过从要转换的数字信号得到的信号来控制桶形移位器。
按照本发明的另一个优选实施例，要转换的数字信号具有m比特的宽度。数字信号的模n被确定，其中n＝2m1。数字信号的模n可以用作桶形移位器的控制信号。
按照本发明的另一个优选实施例，使用噪声整形器来将量化噪声转换到高频率。噪声整形器的输出被转换为温度计编码信号。通过噪声整形器的输出信号来控制随机性发生器的操作。这就具有量化噪声不被向回转换到音频频谱的优点。而在现有技术的随机性发生器中量化噪声被向回转换到音频频谱。
按照本发明的另一个优选实施例，噪声整形器具有一个控制电路，用于在输入信号保持在预定的信号电平达预定的时间长度时，复位噪声整形器，以便抑制在暂停期间的噪声整形器的非期望的信号输出，尤其用于音频应用。
本发明在下面的方面尤其有益，即，它可以实质地减少由电流源的容差引起的数模转换器的信号失真。而且，本发明使得能够消除在暂停期间产生的音频噪声。以这种方式，可以实质地改进音频质量。


将参照附图更详细地说明本发明，其中图1是按照本发明的数模转换器的一个实施例的方框图；图2是西格马-德耳塔数模转换器的方框图；
图3是用于控制图2的西格马-德耳塔数模转换器的噪声整形滤波器的方框图；图4是说明图3的电子电路的操作的状态图；图5是图2的西格马-德耳塔数模转换器的噪声整形滤波器的电路原理图；图6是随机性发生器和随机性发生器的控制电路的方框图。
具体实施例方式
图1示出了数模转换器DAC1的方框图。DAC1具有输入端2，用于接收数字信号。输入端2连接到热解码器3的输入端，热解码器3用于将施加在输入端2的信号转换为温度计编码信号。热解码器3的输出端4连接到随机性发生器5的输入端。
随机性发生器5具有控制模块6，用于控制随机性发生器的内部操作。控制模块6具有连接到输入端2的控制输入端7。
随机性发生器5的输出端8连接到具有n个电流源10的转换模块9。电流源10是可切换的，以便把从输出端8施加的信号转换为模拟的。这对应于所谓的“电流导引”类型的数模转换的操作。
在模块9的输出端11输出数模转换的结果。
在操作中，数字信号被施加到DAC1的输入端2。所述信号被输入到热解码器3，以便将所述信号转换为温度计编码信号。
所述数字输入信号也被作为控制信号提供到控制模块6。控制模块6根据与在输入端2的输入信号相同的、在它的控制输入端7施加的信号，来控制随机性发生器的操作，直至涉及经由输出端4提供的温度计编码信号的随机化的操作。
因此，温度计编码信号的随机化的结果取决于在输入端2的输入信号本身。随后使用在输出端8的随机化的温度计编码信号，以便切换电流源10来进行数模转换。
通过输入信号本身的随机化处理的控制，具有在数模转换处理中将电流源的容差进行平均的效果。另一个优点是，已经由噪声整形器转换到高频的量化噪声不被转换回音频，而在现有技术的数模转换器中已经由噪声整形器转换到高频的量化噪声被转换回音频。通过参照图2-图5而进一步对此说明。
图2示出了西格马-德耳塔多比特音频数模转换器20的方框图。
DAC20包括在输出级的数字电路21和模拟电路22。
数字电路21具有接口模块(IF)23，用于接收数字音频信号AUD。例如，所述数字音频信号是包括交替顺序的左右声道数据采样的立体声信号。每个数据采样具有16比特的宽度。
而且，接口模块23具有用于输入时间阈值信号TRH的控制输入端。例如，时间阈值信号TRH具有6比特的宽度。通过信号TRH，有可能对包括在接口模块23中的计时器的初始计数值编程。
接口模块23的一个目的是对数字音频信号AUD过采样(oversample)，以便提供信号SGN作为它的输出。一般地，信号AUD的频率是16fs，即采样频率的16倍。这样的信号被提供到光盘(CD)芯片中的音频处理部分。
由接口模块23产生的信号SGN是256fs的交织的数据流。而且，接口模块23用于产生用于左声道的复位或清除信号CL、和用于右声道的复位或清除信号CR。如果左声道静音达到预定的时间长度，则信号CL由接口模块23输出；通过信号TRH可以对这个预定的时间长度编程。同样，当右声道静音达到预定的时间长度时，由接口模块23输出信号CR。
信号CL、CR和SGN被输入到噪声整形器模块24。噪声整形器模块24包括第二级西格马-德耳塔调制器，用于产生包括小宽度但高比特率的数据采样的输出信号DAC。这种方式的量化噪声被转换到高频。信号DAC被输入到温度计解码器模块25和随机性发生器26中。
温度计解码器模块25产生输入到随机性发生器26的温度计代码输出信号TH。如果如后详细所述在模拟电路22中存在n个电流源，则温度计代码具有n个比特的宽度。因此，在这里考虑的示例中，温度计代码具有7个比特。
随机性发生器26用于在给出的信号TH的温度计代码采样中修改0和1的分布，以便减少在模拟电路22中由电流源的容差引起的误差。
模拟电路22具有用于左声道的转换模块27和用于右声道的转换模块28。转换模块27和28都具有n个电流源，其中，在这里考虑的示例中n＝7。通过随机性发生器26的随机化的右声道输出信号DACR和随机化的左声道输出信号DACL来转换电流源，以便产生模拟左声道音频输出信号AUDL和右声道模拟输出音频信号AUDR。
而且，西格马-德耳塔DAC 20具有控制模块CNT 29，用于接收数据选通信号DST和声道选择信号CNS信号。而且，西格马-德耳塔DAC 20接收系统时钟SYSCLK，并且具有复位输入RS。
控制模块29用于产生信号store_left SL和store_right SR、以及复用信号MUX以控制接口模块23的操作。信号SL在输入流AUD中存在有效的左声道音频采样时向接口模块23指示。同样，信号SR在输入的流AUD中存在有效的右声道音频采样时指示。信号MUX用于控制在接口模块23中的复用器以便对信号AUD过采样。
而且，控制模块29用于产生用于随机性发生器26的使能信号EN、以及左和右声道控制信号L和R。
图3更详细地示出了接口模块23的结构。接口模块23包括寄存器30和31，用于接收信号AUD。寄存器30和31的使能输入S被分别连接到信号SL和SR。
寄存器30的左声道输出left_data LD和寄存器31的右声道输出right_dataRD被输入到产生输出SGN的复用器32。复用器32的操作被信号MUX控制。
用于左声道的零检测器33的ZERDLCN、和用于右声道的零检测器34的ZERDRCN被分别连接到寄存器30和31的输出端。当左声道音频信号LD是0的时候零检测器33输出信号数据零DZER，当右声道信号RD是0的时候零检测器34输出信号DZER。换句话说，零检测器33和34用于确定当左声道或右声道上存在静音时的时间点。
接口模块23还具有左声道复位控制模块LCNRS 35和右声道复位控制模块RCNRS 36。
控制模块35具有复位控制器模块RCNT 37和递减计数器模块DCD 38。复位控制器模块37从零检测器33接收信号DZER。
当零检测器33未输出信号DZER时，即，当左声道音频数据LD不等于0时，复位控制器模块37输出被输入到递减计数器模块38的、载入递减计数器的信号LDCO。
作为响应，通过信号TRH，上述的阈值被施加到递减计数器模块38，并且存储在递减计数器模块38的计数器寄存器39中。而且，递减计数器模块38接收信号SL。
当输出信号SL时，计数器寄存器39的内容递减。当计数器寄存器39的内容达到0时，计时器超时，并且，递减计数器模块38输出结束计数器的信号COF，并将其输入到复位控制器模块37。作为响应，复位控制器模块37输出信号CL，以便将与图2相比较的噪声整形器模块24的左声道进行复位。
用于右声道的复位模块36的内部结构与上述的用于左声道的控制模块35的内部结构相同。这种方式的噪声整形器模块24的左右声道可以独立地被复位。这个特性对于在另一个声道静音的同时仅仅发生在一个声道的音频事件是重要的。
图4示出了说明控制模块35和36的操作的状态图。
起初，控制模块在状态40。在状态40的同时，持久地查看是否在对应的声道上的数据、即信号LD或信号RD是0。用于保留在状态40的条件是数据不是0(DNZER)。
如果数据是0，则DZER被检测到，从状态40向状态41发生转变。在状态41，计时器启动，并且递减计数。保持在状态41中的条件是计数器未超时CONF。保持在状态41中的另一个条件时数据继续为0。如果数据不是0 DNZER，则发生从状态41返回到状态40转换。
当计时器超时并且数据仍然是0的时候，存在从状态41到状态42的转换。在状态42，噪声整形器模块的左右声道被复位。在已经进行了复位操作之后，存在从状态42到状态43的转换。状态43是一个等待状态，它被假定为与数据为0 DZER的时间一样长。当数据变成非0时，即当静音时间间隔过去时，进入等待状态43。当条件数据不是0时，实现了DNZER，存在从状态43向回到初始状态40的转换。
图5是图2的噪声整形滤波器24的更详细的电路原理图。噪声整形器24具有用于左声道的寄存器50和51和用于右声道的寄存器52和53。寄存器50-53的每一个具有置位S和复位RS输入。寄存器50的使能输入S连接到信号EN，并且复位输入RS连接到信号CL。对寄存器51同样如此。
寄存器52的置位输入S连接到信号EN，并且输入RS连接到信号CR。对寄存器53同样如此。
噪声整形器模块24包括多个反馈回路，它们是通过加法器和乘法器实现的。输入信号SGN被输入到加法器54，其中将输出信号DAC减去。差信号被输入到加法器55，用于加上寄存器52的输出。加法器55的输出结果被输入到寄存器50，并且寄存器50的输出被输入到寄存器52。
寄存器52的输出被施加到加法器56，用于将乘法器57的输出减去。在乘法器57中，输出信号被乘以系数2。
加法器56的输出被施加到加法器58。加法器58的另一个输入是寄存器53的输出。加法器58的输出被施加到寄存器51的输入，并且寄存器51的输出被施加到寄存器53的输入。通过用提供输出信号DAC的加法器59将噪声信号E(z)加到寄存器53的输出信号，来表示高频的量化噪声的相加。
图6示出了随机性发生器26的实现方式的方框图。随机性发生器26具有控制模块60，它对应于图1的随机性发生器5的控制模块6。
控制模块60具有用于将补2(2-complement)的输入信号转换为整数的模块61。这种方式的补2的信号DAC被转换为整数。
模块61的输出连接到寄存器62的输入，寄存器62的输出连接到寄存器63的输入。
寄存器63的输出连接到加法器64。加法器64的另一个输入连接到寄存器65的输出，寄存器65的输入连接到寄存器66的输出。
加法器64的输出连接到用于计算加法器64的输出的模n的模块67的输入。在这里考虑的示例中，信号DAC具有m＝3比特的宽度，因此n＝2m1＝7。
寄存器62、63、65和66的使能输入S连接到使能信号EN，以便交替地处理左和右声道数据。
随机性发生器26还具有桶形移位器模块68，它包括桶形移位器69。桶形移位器具有控制输入70，它确定桶形移位器69的移位距离。桶形移位器69的控制输入70连接到模块67的输出信号SV。
桶形移位器69具有输入71，它连接到将要由桶形移位操作进行随机化的信号TH。
桶形移位器的输出72连接到寄存器74的输入。寄存器73的输出连接到寄存器75的输入。
寄存器73的使能输入S连接到信号L，而寄存器74和75的使能输入S连接到信号R。在寄存器75的输出提供了信号DACL，在寄存器74的输出，提供了信号DACR。随机性发生器26还具有复用器76，用于接收MUX和用于提供信号DACCLK。而且，随机性发生器26接收系统时钟SYSCLK信号。
在操作中，信号DAC被输入到随机性发生器26，并且在模块61中被转换为整数。
左和右声道的信号分量被去交织，并且计算信号的模7。并行地，将要随机化的信号TH被输入到桶形移位器69，并且被桶形移位一个距离，所述距离由模7计算的结果确定。这种方式随机化的输出信号DACL和DACR被分别提供用于切换转换模块27和28的电流源I0-I6。
应当注意，将要按照这个优选实施例进行数模转换的信号的随机化在下述情况下尤其有益，即在将电流源的容差进行平均，并且，由于噪声整形器24而导致的量化噪声不被转换到可听音频频谱的时候尤其有益。
新结构消除了两种消极效果每个系数不再加1而是增加在前输入采样中的有效比特的数量。这意味着，对于每个声道，现在可以单独地确定移位系数。在从补2(two’s complement)到整数格式的转换之后，从噪声整形器输出DAC获得这些数字，并且，随后将其存储在两个寄存器中。
在一个周期中，输出采样的每个比特的有效时钟周期的数量，现在对于所有的比特都是相同。这意味着，一般地，能使每个电流源达到相同的时间量，并且减少了在实现的电流之间的失配的影响。
权利要求
1.一种用于将数字信号转换为模拟信号的方法，所述方法包括步骤将数字信号转换为温度计编码信号，随机化温度计编码信号，通过数字信号控制温度计编码信号的随机化，将随机化的信号转换为模拟信号。
2.按照权利要求1的方法，其中，通过桶形移位(barrel shift)温度计编码信号和根据数字信号控制桶形移位，来执行随机化和控制步骤。
3.按照权利要求1或2的方法，所述数字信号具有m比特的宽度，其中，通过确定所述数字信号的模n，而从所述数字信号得到用于随机化的一个控制信号，在此，n＝2m1。
4.一种数模转换器，包括用于将数字信号转换为温度计编码信号的装置(3)，用于随机化温度计编码信号的装置(5；26)，用于根据所述数字信号控制用于随机化的装置的装置(6；60)，用于将随机化的信号转换为模拟信号的装置(9，10)。
5.按照权利要求4的数模转换器，用于随机化的装置包括桶形移位装置(69)，具有连接到用于控制的装置的控制输入(70)。
6.按照权利要求4或5的数模转换器，其中，用于控制的装置具有用于确定数字信号的模n的装置(67)，其中n＝2m1，用于产生针对用于随机化的装置的控制信号。
7.按照权利要求6的数模转换器，其中，所述用于转换的装置包括n个电流源。
8.按照权利要求4-7中的任何一个的数模转换器，还包括噪声整形装置(24)，用于控制所述噪声整形装置的装置(23)，所述的用于控制所述噪声整形装置的装置，在一个数字输入信号保持在预定信号电平达预定时间长度时，就被适配用于复位所述噪声整形装置。
9.按照权利要求8的数模转换器，还包括输入装置，用于对所述预定的时间长度编程。
10.一种音频装置，可以是光盘系统、数字通用盘系统、电视系统或其它数字音频记录、接收或播放系统，包括按照权利要求4-9中的任何一个的数模转换器。
全文摘要
本发明涉及一种用于将数字信号转换为模拟信号的方法和数模转换器，包括用于将数字信号转换为温度计编码信号的装置；用于随机化温度计编码信号的装置；用于根据所述数字信号控制用于随机化的装置的装置；以及用于将随机化的信号转换为模拟信号的装置。
文档编号H03M7/16GK1455516SQ03125010
公开日2003年11月12日 申请日期2003年4月29日 优先权日2002年5月3日
发明者弗里德里克·海兹曼, 马克西米利安·厄尔巴 申请人:汤姆森特许公司