[发明专利]一种实现宽输入的Σ-Δ调制器的设计方法

权利要求书

1.一种实现宽输入的Σ-Δ调制器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)构建Σ-Δ调制器模型：

构建包括级联的接收端、L级积分器JF₁,JF₂,…JF_k,…JF_L-1,JF_L、采样单元和N位量化器，以及L+1级加法器ADD₁,ADD₂,…ADD_k,…ADD_L-1,ADD_L,ADD_L+1的Σ-Δ调制器模型，JF_k表示第k级积分器，ADD_k表示第k级加法器；所述L+1级加法器依次加载在接收端与第一级积分器JF₁之间、相邻积分器之间和第L级积分器JF_L与采样单元之间，其中第一级加法器ADD₁与量化器的输出端之间加载有N位数模转换器DAC，用于将量化器量化后的N位数字信号转化为模拟信号；所述接收端与第k级加法器ADD_k之间、第L级加法器ADD_L之间、第L+1级加法器ADD_L+1之间分别加载有第k级接收前馈增益单元B_k、第L级接收前馈增益单元B_L、第L+1级接收前馈增益单元B_L+1；所述第k级积分器JF_k、第L级积分器JF_L与第L+1级加法器ADD_L+1之间分别加载有第k级积分前馈增益单元A_k、第L级积分前馈增益单元A_L；所述数模转换器DAC输出端与第一级加法器ADD₁之间加载有反馈增益单元D；所述第k级积分器JF_k与第k+1级加法器ADD_k+1之间加载有第k级前向增益单元C_k；所述第L级积分器与采样单元之间加载有幅度削减增益单元T，用于对第L+1级加法器ADD_L+1的输出信号进行幅度削减并输出；其中，L≥3且为整数，N≥1且为整数，k＝1,2,…L-1；

(2)设置积分器类型：

设置L级积分器JF₁,JF₂,…JF_k,…JF_L-1,JF_L中奇数级积分器为延迟积分器，偶数级积分器为延迟积分器或非延迟积分器，延迟积分器的Z域传递函数为非延迟积分器的Z域传递函数为其中，z为Z域分量；

(3)设置Σ-Δ调制器的参数：

设Σ-Δ调制器的带外增益和过采样率分别为|NTF|和OSR，幅度削减增益单元T的增益系数为β，量化器的最小量化电平为ΔP，接收端接收的模拟信号Q(t)的幅度范围和频率分别为[-V_require,+V_require]和f_in，带宽为BW，幅度为V，采样单元的采样频率为f_s，f_s＝2×OSR×BW，并令V＝V_require，β＝1，其中，NTF为Σ-Δ调制器的噪声传递函数，||为取模，t为时域分量，OSR＞＞1，0＜f_in≤BW；

(4)对每个增益单元的增益系数进行估计：

(4a)采用Matlab的Sigma-Delta工具包，估计第k级接收前馈增益单元B_k的增益系数b_k、第L级接收前馈增益单元B_L的增益系数b_L、第L+1级接收前馈增益单元B_L+1的增益系数b_L+1、第k级积分前馈增益单元A_k的增益系数a_k、第L级积分前馈增益单元A_L的增益系数a_L、反馈增益单元D的增益系数d和第k级前向增益单元C_k的增益系数c_k；

(4b)通过示波器测量幅度削减增益单元T的增益系数为β时第L+1级加法器ADD_L+1所输出加和信号的峰值幅度END_β，并判断幅度削减增益单元T所输出的削减信号DEC(t)的峰值幅度|END_β×β|、量化器的最大量化电平2^N-1×ΔP、量化器的次级量化电平2^N-1×ΔP-ΔP之间是否满足|END_β×β|∈[2^N-1×ΔP-ΔP,2^N-1×ΔP]，若是，得到幅度削减增益单元T的增益系数为β的Σ-Δ调制器，否则，并执行步骤(4c)；

(4c)令β＝β-Δβ，并执行步骤(4b)，其中，Δβ为β的步长。

2.根据权利要求1所述的一种实现宽输入的Σ-Δ调制器的设计方法，其特征在于，步骤(4b)中所述的增益系数为β的Σ-Δ调制器，其工作原理为：

接收端接收模拟信号Q(t)并输出；

第k级积分器JF_k接收第k级加法器ADD_k输出的加和信号AD_k(t)进行滤波处理并输出积分信号J_k(t)，第L级积分器JF_L接收第L级加法器ADD_L输出的加和信号AD_L(t)进行滤波处理并输出积分信号J_L(t)；

第k级前向增益单元C_k将第k级积分器输出的积分信号J_k(t)的幅度放大c_k倍并输出；

第k级接收前馈增益单元B_k、第L级接收前馈增益单元B_L、第L+1级接收前馈增益单元B_L+1用于将接收端输出的信号Q(t)的幅度放大b_k、b_L、b_L+1倍并输出；

第k级积分前馈增益单元A_k、第L级积分前馈增益单元A_L将第k级积分器JF_k输出的积分信号J_k(t)的幅度分别放大a_k、a_L倍并输出；

采样单元对幅度削减增益单元T输出的削减信号DEC(t)以采样频率f_s进行时域采样并输出离散信号；

N位量化器将采样单元输出的离散信号进行幅度量化并输出，当离散信号的幅度LS_down满足LS_down∈[-2^N-1×ΔP,+2^N-1×ΔP]时，量化器输出N位数字信号；

数模转换器DAC将量化器输出的N位数字信号转化为模拟信号DAC(t)并输出；

反馈增益单元D将数模转化器DAC输出的模拟信号DAC(t)的幅度放大d倍并输出反馈信号FO^D(t)；

幅度削减增益单元T将第L+1级加法器ADD_L+1输出的加和信号AD_L+1(t)幅度减小β倍并输出削减信号DEC(t)，削减信号DEC(t)的幅度DE_down∈[-2^N-1×ΔP,+2^N-1×ΔP]；

第一级加法器ADD₁将反馈增益单元D输出的反馈信号FO^D(t)与第一级接收前馈增益单元B₁输出的接收前馈信号FO^B₁(t)加和并输出，使得下一时刻输入至第一级积分器JF₁的加和信号AD₁(t)幅度减小，进一步减小量化器所接收的离散信号的幅度；

当k＞1时，第k级加法器ADD_k用于将第k级接收前馈增益单元B_k输出的接收前馈信号FO^B_k(t)与第k-1级前向增益单元C_k-1输出的前向信号FO^C_k-1(t)加和并输出；

第L级加法器ADD_L用于将第L级接收前馈增益单元B_L输出的接收前馈信号FO^B_L(t)与第L-1级前向增益单元C_L-1输出的前向信号FO^C_L-1(t)加和并输出；

第L+1级加法器ADD_L+1用于将L级积分前馈增益单元A₁，A₂,…A_k…A_L-1,A_L输出的积分前馈信号FO^A₁(t),FO^A₂(t),…FO^A_k(t),…FO^A_L-1(t),FO^A_L(t)与第L+1级接收前馈增益单元B_L+1输出的接收前馈信号FO^B_L+1(t)加和并输出。