一種相位量化a/d變換的方法及其裝置的製作方法

2023-06-13 12:39:51

專利名稱：一種相位量化a/d變換的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種把模擬信號變換成數位訊號的模擬/數字(A/D)變換方法及其裝置，特別是一種把模擬信號變換成數位訊號的相位量化A/D變換方法及其裝置。
眾所周知，隨著數位訊號處理技術的飛速發展，把模擬信號變換成數位訊號的A/D變換方法和裝置在電子技術和電子設備中佔有越來越重要的地位。對模擬信號進行量化的方法主要有兩種，即幅度量化和相位量化。幅度量化，即傳統的量化方法，是根據信號幅度的大小把信號量化成2n個電平，其中n為量化位數。而相位量化方法是根據信號的相位把信號量化成2n個相位間隔(對應的幅度電平數為2n-1+1)。在「A GaAs Phase Digitizing and Summing System for Microwave Signal Storage」(見IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.24，No.1，pp.104～117，1989)一文中對3位相位量化A/D變換方法及裝置作了詳細介紹，在「相位量化數字射頻存儲器的寄生信號性能分析(見《電子學報》，Vol.20，No.12，pp.26～31，1992)一文中給出了這種量化方法在不同量化位數下的諧波寄生信號電平計算公式。這種量化方法的特徵是，對於n bit的量化，需要2n-1個比較器，產生2n-1+1個量化電平。比如，當量化位數n＝3時，需要4個比較器，量化電平數為5。雖然這種量化方法具有一些優點，如與幅度量化相比具有較大的動態範圍和較低的近區峰值寄生信號電平，但這種方法也具有明顯的缺點(1)對於一定的量化位數，由量化引起的寄生信號電平較高，如n＝3時，峰值寄生信號電平為-16.9dB，寄生信號總功率為-12.5dB。(2)當把量化後的數位訊號變換成模擬信號(D/A變換)時，需要進行加權處理，因而與一般的D/A變換裝置不兼容。
本發明的目的在於提供一種相位量化A/D變換方法及其裝置，可以避免上述現有技術的缺點，在保持大動態範圍的同時，改善了寄生信號性能，並與現有D/A變換方法及裝置兼容。
本發明的目的是通過採用下述的相位量化A/D變換方法及裝置實現的。
一種把輸入模擬信號變換成數位訊號的相位量化A/D變換方法，包括以下步驟a.對輸入模擬信號進行移相，產生相位分別為0°，±θi，i＝1，2，…，2n-1-1的2n-1個具有不同相位的輸出信號，其中，n為量化位數，n≥2。對θi值的選擇可根據所要求的性能指標進行，一種可供選擇的較好方法是，按照使量化後信號中諧波寄生信號總功率最小的準則進行，即，使θi的值滿足下列方程式4v/u＝cos(90°-θi)＝2-i i＝1，2，…，2n-1-1其中，
n≥2b.對經移相產生的2n-1個信號進行極性比較，產生2n-1個二進位數字代碼。
c.將經極性比較產生的2n-1個二進位數字代碼進行編碼，形成n bit的二進位數字代碼。編碼方法可根據後續處理所要求的格式進行，其中一種較好的方法是，把經極性比較得到的2n-1個二進位代碼相加，其中所得到的n bit二進位代碼｛Cn-1Cn-2Cn-3…C1C0｝＝｛000…00，000…01，000…10，……，111…11｝所表示的信號電平為｛-2n+1，-2n+3，…，-3，-1，1，3，…，2n-1｝。
一種按上述方法把輸入模擬信號變換成數位訊號的相位量化A/D變換裝置，包括a.一個移相裝置，把輸入的模擬信號變換成具有2n-1個不同相位的輸出信號。所述移相裝置可由下述部件構成(1)一個同相/正交(I/Q)信號產生器，用於把輸入模擬信號變換成具有差動輸出的同相/正交(I/Q)輸出信號I，Q，-I，-Q;(2)一個具有四個臂，每個臂上有2n-1個電阻的電阻環，電阻環的四個頂點順序接到同相/正交(I/Q)信號產生器輸出的I，Q，-I，-Q四個輸出上，而由電阻環上除Q和-Q輸入端所對應節點外的、相對的2n-1對節點上產生2n-1個差動輸出移相信號。
b.與移相裝置的輸出相連接的2n-1個電壓比較器，通過對由移相裝置產生的2n-1個輸出信號進行極性比較，產生2n-1個二進位數字代碼。
c.一個與2n-1個電壓比較器的輸出相連接的編碼器，用於把電壓比較器產生的2n-1個二進位數字代碼編碼成n bit的二進位數字代碼。
利用本發明，在保留了傳統相位量化A/D變換方法所具有的大動態範圍的優點之外，還具有如下優點(1)由於採用了與現有D/A變換方法兼容的編碼方法，使當需要把經A/D變換後得到的數位訊號恢復成模擬信號(D/A變換)時不需加權處理，(2)對於一定的量化位數，通過優化選擇移相信號的相位，可使量化後信號的諧波寄生信號性能得到改善。表1給出了本發明方法與現有相位量化方法在不同量化位數n下的結果對比。可以看出，在量化位數少1(此時的量化電平數較接近)的情況下，利用本發明可使峰值寄生信號電平得到明顯改善。本發明的方法及其裝置可用於雷達，通信，電子戰及測試設備等領域。
表1.本發明方法與現有相位量化方法在不同量化位數n下的結果比較量化位數量化電平數 峰值寄生信號電平(dB) 寄生信號總功率(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說明①表示現有技術中的相位量化A/D變換方法②表示本發明的相位量化A/D變換方法下面結合附圖對本發明的實施例做進一步的詳細描述。


圖1為本發明的原理框圖。
圖2為本發明一個實施例的原理框圖。
圖3為圖2所示實施例各點的波形圖。
圖2所示為當n＝2時本發明的一個實施例。如圖2所示，輸入的模擬信號經過同相/正交(I/Q)信號產生器11後，產生I，Q的差動輸出信號I，Q，-I，-Q，這四個信號順序接到由四個臂組成，每個臂上有2個電阻的電阻環12的四個頂點上。當電阻環12上的電阻R1和R2的阻值滿足R1＝0.41R，R2＝0.59R，其中R＝R1+R2時，可在電阻環12的A1，A2，A3節點得到相位分別為-34.7°，0°，+34.7°的三個信號，而由B1，B2，B3節點得到的是對應於A1，A2，A3節點相應信號的反相信號，因此，為了對由A1，A2，A3三個節點輸出的信號進行極性比較，可把由電阻環12上A1與B1，A2與B2，A3與B3三對節點輸出的三個差動信號分別加到三個比較器20的同相/反相輸入端，則在三個比較器20的輸出端分別得到表示A1，A2，A3節點信號極性的二進位代碼I1，I0，I2，把I0，I1，I2分別作為1位全加器31的A，B輸入端及進位輸入端C1的輸入，則由一位全加器31進位輸出端C1和加法輸出端C0所表示的二進位代碼｛C1C0｝＝｛00，01，10，11｝表示信號的四個電平｛-3，-1，1，3｝。
圖3給出了圖2所示實施例各點的波形及編碼方法。其中，圖3(a)中的實曲線16表示輸入的餘弦信號，兩條虛曲線17，18分別表示移相-34.7°和+34.7°後的兩個信號;圖3(b)，(c)，(d)中的波形26，27，28分別表示圖3(a)中三個信號16，17，18經極性比較得到的二進位代碼的波形;圖3(e)，(f)中的波形36，37分別為一位全加器31的進位輸出斷C1和加法輸出端C0輸出的二進位代碼波形，也即圖2所示本發明之一實施例-2位相位量化A/D變換裝置的輸出結果;圖3(g)所示波形表示圖3(e)，(f)所示2位相位量化A/D變換裝置輸出二進位代碼｛C1C0｝所代表的輸入信號經量化後的電平。
權利要求
1.一種把輸入模擬信號變換成數位訊號的相位量化A/D變換方法，包括以下步驟a.對輸入模擬信號進行移相，產生相位分別為0°，±θi，i=1，2，…，2n-1-1的2n-1個具有不同相位的輸出信號，其中，n為量化位數，n≥2。b.對經移相產生的2n-1個信號進行極性比較，產生2n-1個二進位數字代碼。c.將經極性比較產生的2n-1個二進位數字代碼進行編碼，形成nbit的二進位數字代碼。
2.如權利要求1所述的相位量化A/D變換方法，其特徵在於，對θi值的選取是按照使量化後信號中諧波寄生信號總功率最小的準則進行，即，使θi的值滿足下列方程式4v/u＝cos(90°-θi)＝2-i i＝1，2，…，2n-1-1其中，
n≥2
3.如權利要求2所述的相位量化A/D變換方法，其特徵在於，當所述的量化位數n＝2時，所述移相信號的相位θ1＝34.7°
4.如權利要求1所述的相位量化A/D變換方法，其特徵在於，所述編碼方法是把經極性比較得到的2n-1個二進位代碼相加，其中所得到的n bit二進位代碼｛Cn-1Cn-2Cn-3…C1C0｝＝｛000…00，000…01，000…10，……，111…11｝所表示的信號電平為｛-2n+1，-2n+3，…，-3，-1，1，3，…，2n-1｝。
5.如權利要求4所述的相位量化A/D變換方法，其特徵在於，當所述的量化位數n＝2時，所述的編碼方法是把經極性比較得到的3個二進位代碼相加，其中所得到的2 bit二進位代碼｛C1C0｝＝｛00，01，10，11｝所表示的信號電平為｛-3，-1，+1，+3｝
6.一種按權利要求1所述方法把輸入模擬信號變換成數位訊號的相位量化A/D變換裝置，包括a.一個移相裝置[10]，把輸入的模擬信號變換成具有2n-1個不同相位的輸出信號。b.與移相裝置[10]的輸出相連接的2n-1個電壓比較器[20]，通過對由移相裝置[10]產生的2n-1個輸出信號進行極性比較，產生2n-1個二進位數字代碼。c.一個與2n-1個電壓比較器[20]的輸出相連接的編碼器[30]，用於把電壓比較器[20]產生的2n-1個二進位數字代碼編碼成n bit的二進位數字代碼。
7.如權利要求6所述的相位量化A/D變換裝置，其特徵在於，所述的移相裝置[10]包括a.一個同相/正交(I/Q)信號產生器[11]，把輸入模擬信號變換成具有差動輸出的同相/正交(I/Q)輸出信號I，Q，-I，-Q。b.一個具有四個臂，每個臂上有2n-1個電阻的電阻環[12]，電阻環[12]的四個頂點順序接到同相/正交(I/Q)信號產生器[11]輸出的I，Q，-I，-Q四個輸出上，而由電阻環[12]上除Q和-Q輸入端所對應節點外的相對的2n-1對節點上產生2n-1個差動輸出移相信號。
8.如權利要求7所述的相位量化A/D變換裝置，其特徵在於，當所述量化位數n＝2時，電阻環[12]的每個臂上有2個電阻，其阻值為，R1＝0.41R，R2＝0.59R，其中R＝R1+R2。
9.如權利要求6所述的相位量化A/D變換裝置，其特徵在於，當所述的量化位數n＝2時，所述的編碼器[30]是一個1 bit全加器[31]。
全文摘要
本發明公開了一種相位量化A/D變換的方法及其裝置。其裝置包括(a)一個移相裝置[10]，把輸入的模擬信號變換成具有文檔編號H03M1/12GK1080796SQ9310736
公開日1994年1月12日 申請日期1993年6月24日 優先權日1993年6月24日
發明者周國富, 姬國良 申請人:周國富