[实用新型]用于模数和数模转换的信号处理电路

说明书

技术领域

本申请涉及信号处理领域，且更具体地，涉及一种用于模数和数模转换的信号处理电路。

背景技术

由于数字信号处理电路具有低电源电压、低功耗、高集成度和小芯片面积等特点，所以现代信息通信系统大多都是基于数字信号处理技术来工作的。数字系统只能对数字信号进行处理，而在工业和生活中的许多物理量都是连续变化的模拟量，例如，音频、温度、压力、流量等，因此，这就需要引入能够将模拟量转换为数字量的模数转换。

在现有技术中，模数转换主要包括采样、量化和编码三个步骤。采样是在时间上将模拟信号离散化的过程；量化是利用有限个电平来近似表示模拟采样值的过程；而编码是将每个量化电平用一定位数编码表示的过程。

现有的量化技术主要分为均匀量化和非均匀量化两种类型。均匀量化采用均匀的量化间隔，其实现简单，但是在量化位数有限的情况下，量化噪声随信号电平的减少而大幅提高。减小量化噪声的方法一般有两种：1)提高分辨率，例如使用更多的量化位数；2)增加采样率，使采样信号尽量逼近被测信号。然而，这两种方法对于数字通讯来说都不适宜，因为它们都需要增加相当大的传输频带宽度，却只能把噪声功率降低很小。

为此，提出非均匀量化，其通过对采样信号先进行压缩(非线性变化)、再进行均匀量化，可以根据信号的不同区间来确定量化间隔，即在小信号范围内提供较多的量化级，而在大信号范围内提供较少的量化级，从而改善了出现概率较大的小信号时的量化噪声。

实用新型内容

然而，在现有技术中，无论是均匀量化还是非均匀量化，都只能采用固定的量化量程，不可配置。这样的弊端是在量化位数有限的情况下，量化噪声较大。尽管非均匀量化的情况由于引入了压缩处理而优于均匀量化，但是也仍然存在上述问题。此外，在非均匀量化时，模数转换端的压缩处理和相应的数模转换端的扩张处理虽然在一定程度上改善了小信号的量化噪声，但是却进一步向整个信号处理算法引入了压扩处理误差。因此，现有的量化技术效率不高。

为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种用于模数和数模转换的信号处理电路，其可以实现高效的量化过程。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于模数转换的信号处理电路，所述电路包括：比较器，用于比较采样信号在每个采样周期的信号幅度与至少一个阈值幅度，并且输出比较结果；开关器件，与所述比较器电连接，用于从所述比较器接收所述比较结果，并且根据所述比较结果来从多个量程电压之中选择一个量程电压作为输出；以及量化器，与所述开关器件电连接，用于从所述开关器件接收所选择的量程电压，根据所选择的量程电压来对所述信号幅度进行量化，并且输出量化电平。

在一个实施例中，所述开关器件在所述比较结果指示出所述信号幅度大于或等于第一阈值幅度时，输出第一量程电压；并且在所述比较结果指示出所述信号幅度小于所述第一阈值幅度时，输出第二量程电压，所述第一量程电压大于所述第二量程电压。

在一个实施例中，所述开关器件在所述比较结果指示出所述信号幅度大于或等于所述第一阈值幅度时，输出所述第一量程电压；在所述比较结果指示出所述信号幅度小于所述第一阈值幅度、但大于或等于第二阈值幅度时，输出所述第二量程电压；并且在所述比较结果指示出所述信号幅度小于所述第二阈值幅度时，输出第三量程电压，所述第二量程电压大于所述第三量程电压。

在一个实施例中，所述量化器采用所选择的量程电压作为参考电压，根据预设的量化位数来获得多个量化电平，并且使用所述多个量化电平之一来对所述信号幅度进行近似表示。

在一个实施例中，所述多个量化电平之中相邻两个量化电平之间的量化间隔满足：

其中，Δ为量化间隔，Vr为参考电压，N为量化位数。

在一个实施例中，所述电路还包括：采样器，与所述比较器电连接，用于接收作为输入的模拟信号，并且按照所述采样周期来对所述模拟信号进行采样，以生成所述采样信号并输出到所述比较器。

在一个实施例中，所述电路还包括：编码器，与所述量化器电连接，用于从所述量化器接收所述量化电平，并且利用预设的量化位数来对所述量化电平进行数字编码，以生成量化编码部分。

在一个实施例中，所述编码器还根据所选择的量程电压来生成模式编码部分，并且组合所述模式编码部分与所述量化编码部分，以生成编码信号作为输出。