[发明专利]将多电平脉宽调制信号用于实时噪声消除

说明书

技术领域

本发明涉及混合信号处理领域。更具体而言，本发明涉及将多电平脉宽调制信号用于实时噪声消除的领域。

背景技术

信号处理涉及对信号执行操作或者分析。信号是随时间变化或者随空间变化的物理量的模拟或者数字电表示。数字信号处理和模拟信号处理为信号处理的子领域。数字信号处理用于已经数字化的信号。模拟信号处理用于尚未数字化的信号。更具体而言，数字信号处理通过数字或者符号的序列和对信号的处理来代表这些信号。模拟信号处理是通过模拟手段对模拟信号进行的任何信号处理。“模拟”表明数学上表示为连续值的集的事物。这不同于使用一串离散量来表示信号的“数字”。混合信号处理包括模拟信号处理和数字信号处理二者的元素。混合信号处理的例子包括但不限于比较器、定时器、锁相环、模数转换器和数模转换器。

在不同类型的信号之间的基本不同是在连续时间信号与离散时间信号之间。在数学抽象化中，连续时间信号的域为实数集或者其一些区间，而离散时间信号域为整数集或者其一些区间。经常经由对连续时间信号的采样来产生离散时间信号。连续时间信号是在连续时域内的变化的信号。离散时间信号具有可计数的时域，比如自然数。

信号处理系统可以在幅度或者时间上为离散的或者连续的。量化器用来将信号从连续幅度转换成离散幅度，而采样器用来将信号从连续时间转换成离散时间。常规数字信号处理系统在时间上离散并且在幅度上离散，但是这样的系统受混叠和量化噪声困扰。在时间和幅度上连续处理信号的常规模拟系统不受混叠和量化噪声困扰，但是代之以具有对分量容差和匹配的很高灵敏度、比较低的动态范围以及有限和困难的可重新配置性。在时间上离散、但是在幅度上连续的常规系统(比如开关电容器电路)也受混叠困扰。在幅度上离散、但是在时域上连续的系统仍然有待大量探索。

信号处理具有诸多应用。一种这样的应用是可以用来在有噪声的环境中提高收听音频设备的质量的噪声消除头戴式受话器。诸多常规高端噪声消除头戴式受话器使用模拟部件。当消除模拟信号时，施加噪声消除模拟信号，其中该噪声消除模拟信号为模拟信号的反信号。残留为在施加反信号之后的误差(剩余的信号)。残留量是在待消除的原模拟信号与噪声消除模拟信号之间的相位延迟的函数。为了实现有效噪声消除，实时消除是必需的。如果未在相对小的相位延迟(比如10度)内施加噪声消除模拟信号，则会错过大量噪声消除。如果相位延迟少于这一阈值，则实现了良好消除水平。待消除的信号的频率越高，则就越难以消除信号。

目前供应使用数以百计的相对高价(约$300)的模拟部件。数字方式是可行的，但是经由由于对实时噪声消除的低延迟的要求而结果欠佳或者成本高昂。在噪声消除电路内使用的数字滤波器可以提供比模拟滤波器更多的设计灵活性，但是数字滤波器引入延迟并且消耗更多功率。具体而言，在模拟信号的数字处理中需要的模数转换和数模转换需要时间，并且因此引入时间延迟。在依赖于实时的应用(比如噪声消除)中，这样的延迟是禁止的。

发明内容

一种混合信号处理电路的实施例包括模拟到PWM转换电路和有限冲激响应(FIR)滤波器。FIR滤波器包括多个输出抽头式延迟线以及求和与积分电路。混合信号处理电路被配置用于将输入模拟信号转换成PWM信号、由PWM信号和PWM信号的一个或者多个延迟版本形成多电平PWM信号并且将多电平PWM信号转换成输出模拟信号。在一些实施例中，使用三角波形生成器和比较器来实现模拟到PWM转换电路。在一些实施例中，使用PWM延迟线和电阻网络来实现FIR滤波器以应用FIR滤波器的缩放系数。混合信号处理电路可以实现于噪声消除头戴式受话器内以生成噪声消除信号。一般而言，混合信号处理电路可以使用于将从模拟输入/输出与数字滤波器技术的组合中受益的应用中。

在一个方面中，公开了一种信号处理电路。该信号处理电路包括：转换电路，配置成接收输入模拟信号并且输出与该模拟信号对应的脉宽调制信号；延迟线，耦合到转换电路以接收脉宽调制信号，其中延迟线包括一个或者多个延迟线抽头，每个延迟线抽头被配置成输出脉宽调制信号的延迟版本；缩放电路，耦合到转换电路和一个或者多个延迟线抽头，其中该缩放电路被配置成缩放脉宽调制信号和脉宽调制信号的一个或者多个延迟版本中的每个延迟版本，由此形成多个缩放的脉宽调制信号；以及求和与积分电路，耦合到缩放电路，其中该求和与积分电路被配置成接收多个缩放的脉宽调制信号、将多个缩放的脉宽调制信号求和为多电平脉宽调制信号并且将多电平脉宽调制信号转换成输出模拟信号。