信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及方法
【專利摘要】公開了一種用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法。所述信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括連接有相關(guān)聯(lián)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)模塊的采樣率轉(zhuǎn)換器。公開了一種用于音頻處理器和/或播放的以任意采樣率對(duì)音頻輸入信號(hào)重新采樣為脈沖寬度調(diào)制輸出音頻信號(hào)的硬件和高功效信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。所述信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以具體適用于使用電池工作的消費(fèi)電子設(shè)備。
【專利說明】信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)為主張受益于由埃里克-林達(dá)爾（Erik Lindahl)等于2012年3月7日提 交的編號(hào)為61/607765且名稱為"信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及方法"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的國(guó)際 申請(qǐng)，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開涉及信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及方法，其用于使數(shù)字輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為經(jīng)過脈沖寬度調(diào) 制的輸出信號(hào)，并且，更具體地，涉及具有脈沖寬度調(diào)制器的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本公開還涉及 用于在音頻處理和/或播放系統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)制器。本公開進(jìn)一步涉及低成本、高品質(zhì)音 頻編碼、錄音播放和/或流處理系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 移動(dòng)技術(shù)和消費(fèi)電子設(shè)備（CED)的使用正在全世界持續(xù)增長(zhǎng)。在持續(xù)增長(zhǎng)的同 時(shí)，設(shè)備硬件及組件的高速技術(shù)發(fā)展使得計(jì)算能力增加，新的板載外圍設(shè)備的結(jié)合，并伴隨 著設(shè)備尺寸的減小和功耗的降低等。
[0005] 這樣的必設(shè)備須常規(guī)地處理多種類型（例如音頻信號(hào)、視頻信號(hào)、感測(cè)數(shù)據(jù)等）的 通常產(chǎn)生于多種源的信號(hào)。這樣的設(shè)備還可以常規(guī)地產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)多種類型的換能器（例 如揚(yáng)聲器、觸屏顯示器、數(shù)據(jù)通信通道、電存儲(chǔ)元件、顯示元件等）和/或相關(guān)驅(qū)動(dòng)器的信 號(hào)?？梢酝ㄟ^基于脈沖的驅(qū)動(dòng)方式來有效地操作多種這樣的換能器和/或驅(qū)動(dòng)器。為了管 理大范圍的信號(hào)類型和驅(qū)動(dòng)方式的相互連接，這樣的系統(tǒng)通常會(huì)使用采樣率轉(zhuǎn)換器和/或 脈沖寬度調(diào)制器來使第一信號(hào)轉(zhuǎn)換為可選的基于脈沖的信號(hào)。可以使用多種米樣率轉(zhuǎn)換方 案來降低計(jì)算機(jī)的信號(hào)處理要求、使用系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行同步信號(hào)采樣、最小采樣率下工作、轉(zhuǎn) 換為已知采樣率等。
[0006] 此外，典型的由具有各自參考時(shí)鐘的不同信號(hào)源提供的輸入信號(hào)的頻率會(huì)不同， 或在可用的系統(tǒng)時(shí)鐘下異步地工作。由于在諸多應(yīng)用中的穩(wěn)定性需求和性能的要求，即使 頻率的差異很小，數(shù)據(jù)流仍必須轉(zhuǎn)換采樣率以保持長(zhǎng)樣本流下的同步和信號(hào)的完整性。使 用中間采樣率還省去信號(hào)源的同步切換問題。例如，當(dāng)信號(hào)處理系統(tǒng)已與輸入樣本流同步 (而非具有獨(dú)立的或固定時(shí)鐘）并且樣本流時(shí)鐘出現(xiàn)改變、波動(dòng)或消除，則產(chǎn)生的重采樣信 號(hào)可能出現(xiàn)"干擾信號(hào)"。
[0007] 將重采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制信號(hào)時(shí)，基于互調(diào)失真（MD)、總諧波失真 (THD)和調(diào)制指數(shù)（MI)等的問題可能會(huì)限制輸出信號(hào)的品質(zhì)。
[0008] 上面描述的問題尤其相關(guān)于音頻處理、視頻處理和遙測(cè)應(yīng)用等領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開的第一目標(biāo)是提供高效且低成本的用于將以任意或固定采樣率采樣的輸 入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制輸出信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)級(jí)方法。本公開的第二目標(biāo)是提供用 于將以任意或固定采樣率采樣的音頻輸入信號(hào)進(jìn)行重采樣為用于音頻處理系統(tǒng)的脈沖寬 度調(diào)制輸出音頻信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制單元的高效硬件。本公開的第三目標(biāo)是提供有效高品 質(zhì)音頻編碼、重放和/或流播放的系統(tǒng)和方法。
[0010] 通過根據(jù)本公開的所附權(quán)利要求書的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，全部或部分地實(shí)現(xiàn)了上 述目標(biāo)。根據(jù)本公開的所附權(quán)利要求書、下面的說明書和附圖詳盡地解釋了本公開的特征 和方面。
[0011] 根據(jù)第一方案，提供了一種信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào) 制（PWM)輸出信號(hào)，包括：時(shí)鐘源，其用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和/或預(yù)定用于接收時(shí)鐘信號(hào)；載 波產(chǎn)生器，其配置為產(chǎn)生具有載波信號(hào)頻率的載波信號(hào)；交叉點(diǎn)選擇（CPS)部，其包括CPS 比較器以將載波信號(hào)和輸入信號(hào)或從其中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行比較以基于該比較和所述輸入 信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)來產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；噪聲整形器，其配置為減小觸發(fā)信號(hào)的位深以 形成截短的信號(hào)；以及PWM比較器，其配置為將截短的信號(hào)和/或從其中產(chǎn)生的信號(hào)與載波 信號(hào)進(jìn)行比較以產(chǎn)生PWM輸出信號(hào)。
[0012] 所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括采樣率轉(zhuǎn)換器，其將輸入信號(hào)重采樣為采樣率大于 載波頻率的重采樣信號(hào)，所述CPS比較器配置為接收所述重采樣信號(hào)。
[0013] 采樣率轉(zhuǎn)換器可以包括：計(jì)數(shù)器，其配置為由時(shí)鐘信號(hào)和輸入信號(hào)產(chǎn)生計(jì)數(shù)偏差 信號(hào)；第一三角積分（sigma delta)單元，其配置為由計(jì)數(shù)偏差信號(hào)來計(jì)算時(shí)間校正值；重 采樣時(shí)鐘產(chǎn)生器，其配置為由所述時(shí)間校正值來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘信號(hào)；和/或 第二三角積分單元，其配置為由一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘信號(hào)和輸入信號(hào)來產(chǎn)生重采樣信 號(hào)。
[0014] 所述噪聲整形器可以配置為將在觸發(fā)信號(hào)、輸入信號(hào)和/或重采樣信號(hào)上的噪聲 平移至充分無(wú)法聽見的頻帶以形成截短的信號(hào)。所述噪聲整形器可以包括η階三角積分調(diào) 制器，其配置為執(zhí)行減小位深和/或噪聲平移，其中的η為正整數(shù)。所述噪聲整形器可以包 括聽覺模型的閾值。
[0015] 所述載波產(chǎn)生器可以包括或配置為接收相位校正參數(shù)，所述載波信號(hào)取決于所述 噪聲校正參數(shù)。所述相位校正參數(shù)可以配置為設(shè)定載波信號(hào)的初始值。
[0016] 所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括：分析器，其配置為接收輸入信號(hào)、重采樣信號(hào)或由 其產(chǎn)生的信號(hào)和/或外部輸入并計(jì)算PWM控制信號(hào)；載波產(chǎn)生器；PWM比較器；和/或噪聲 整形器，其配置為接收PWM控制信號(hào)。所述分析器可以配置為計(jì)算重采樣信號(hào)的至少一部 分或由其產(chǎn)生的信號(hào)的功率級(jí)，所述PWM控制信號(hào)取決于所述功率級(jí)。所述分析器可以配 置為接收至少部分地代表選自溫度、濕度、音量、揚(yáng)聲器反饋、電壓級(jí)、換能器電流級(jí)、揚(yáng)聲 器箱溫度、揚(yáng)聲器箱壓力級(jí)和/或其組合的特性的外部輸入。
[0017] 所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括：FIFO緩沖器，其聯(lián)接至所述計(jì)數(shù)器和輸入信號(hào)， 并配置為存儲(chǔ)輸入信號(hào)的連續(xù)樣本和計(jì)數(shù)偏差信號(hào)；和/或平均部，其聯(lián)接至所述計(jì)數(shù)器 或所述FIFO緩沖器和所述第一三角積分環(huán)，并配置為由所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)來計(jì)算平均計(jì) 數(shù)偏差信號(hào)，所述第一三角積分環(huán)配置為接收所述平均計(jì)數(shù)偏差信號(hào)。
[0018] 所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括低通濾波器，其聯(lián)接至重采樣時(shí)鐘產(chǎn)生器和第二三 角積分環(huán)，所述低通濾波器配置為接收一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘信號(hào)和輸入信號(hào)或去抖動(dòng)信 號(hào)，并計(jì)算經(jīng)濾波的中間信號(hào)，所述第二三角積分環(huán)配置為接收所述經(jīng)濾波的中間信號(hào)。所 述低通濾波器可以是低通多相FIR濾波器。
[0019] 用于載波信號(hào)的波形的一些非限制性示例包括鋸齒波、Z字形波和正弦波。
[0020] 所述采樣率轉(zhuǎn)換器可以配置為以與時(shí)鐘信號(hào)或由其導(dǎo)出的信號(hào)同步的采樣率對(duì) 輸入信號(hào)進(jìn)行重采樣。
[0021] 所述CPS部可以包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備功能元件，其配置為與所述載波信號(hào)同步地對(duì)所述 觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行更新（例如，當(dāng)載波信號(hào)處在最大值或最小值時(shí)進(jìn)行更新等）。
[0022] 根據(jù)另一方案，提供了一種信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào) 制（PWM)輸出信號(hào)，包括：時(shí)鐘源，其用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和/或預(yù)定用于接收時(shí)鐘信號(hào)；交 叉使能單元，其配置為由輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)而產(chǎn)生去抖動(dòng)信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘 信號(hào)；線性插值單元，其配置為由所述去抖動(dòng)信號(hào)、所述時(shí)鐘信號(hào)和所述一個(gè)或多個(gè)重采樣 時(shí)鐘信號(hào)來產(chǎn)生重采樣信號(hào)；以及脈沖寬度調(diào)制（PWM)模塊，其包括載波產(chǎn)生器以及PWM比 較器，所述載波產(chǎn)生器用于產(chǎn)生載波信號(hào)，PWM比較器配置為對(duì)所述重采樣信號(hào)和/或由其 中導(dǎo)出的信號(hào)與所述載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成PWM信號(hào)。
[0023] 所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括FIR濾波器模塊，其包括低通濾波器，所述FIR濾波 器模塊配置為由所述去抖動(dòng)信號(hào)、所述時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)所述重采樣信號(hào)來產(chǎn)生經(jīng)濾 波的中間信號(hào)，所述線性插值單元配置為接收所述經(jīng)濾波的中間信號(hào)。所述低通濾波器可 以是低通多相FIR濾波器。
[0024] 所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括：計(jì)數(shù)器，其配置為由時(shí)鐘信號(hào)和輸入信號(hào)產(chǎn)生計(jì) 數(shù)偏差信號(hào)；第一三角積分單元，其配置為由計(jì)數(shù)偏差信號(hào)來計(jì)算時(shí)間校正值；和/或重采 樣時(shí)鐘產(chǎn)生器，其配置為由所述時(shí)間校正值來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘信號(hào)。
[0025] 根據(jù)又一方案，根據(jù)本公開的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有用于音頻信號(hào)處理器的用途。
[0026] 根據(jù)另一方案，根據(jù)本公開的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有用于處理音頻流、數(shù)據(jù)流和/或 視頻流的用途。
[0027] 根據(jù)再一方案，提供了一種用于由輸入信號(hào)產(chǎn)生PWM信號(hào)的方法，包括：產(chǎn)生具有 載波信號(hào)頻率的載波信號(hào)；對(duì)所述載波信號(hào)和所述輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行比 較，并當(dāng)其在預(yù)定的精確度下相等時(shí)立即存儲(chǔ)輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)以形成觸發(fā)信 號(hào)；使用噪聲整形器來截?cái)嗨鲇|發(fā)信號(hào)以形成截短的信號(hào)；以及對(duì)所述截短的信號(hào)和所 述載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成所述PWM信號(hào)。
[0028] 所述的方法可以包括以大于載波信號(hào)頻率的采樣率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行重采樣和/ 或與載波信號(hào)同步地對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行更新（例如，當(dāng)載波信號(hào)處于最大值和/或最小值）。
[0029] 根據(jù)另一方案，提供了一種用于由輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)以各自的米樣率米樣而產(chǎn) 生脈沖寬度調(diào)制（PWM)信號(hào)的方法，包括：由所述輸入信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)計(jì)算計(jì)數(shù)偏差 信號(hào)，所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)與所述時(shí)鐘信號(hào)的采樣率和所述輸入信號(hào)的采樣率的差有關(guān)；由 所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間校正信號(hào)，所述時(shí)間校正信號(hào)對(duì)應(yīng)于不同于輸入信號(hào)采樣率或 時(shí)鐘信號(hào)采樣率的新采樣率；以所述新的采樣率對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行插值以形成重采樣信 號(hào)；形成具有初始值的載波信號(hào)；以及對(duì)所述重采樣信號(hào)或由其中產(chǎn)生的信號(hào)與所述載波 信號(hào)進(jìn)行比較以形成所述PWM信號(hào)。
[0030] 所述的方法可以包括對(duì)所述輸入信號(hào)、所述重采樣信號(hào)或由其中產(chǎn)生的信號(hào)與所 述載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成觸發(fā)信號(hào)，截?cái)嗨鲇|發(fā)信號(hào)以形成截短的信號(hào)，并且在比較 中使用所述截短的信號(hào)。
[0031] 所述的方法可以包括在計(jì)算所述時(shí)間校正信號(hào)前用低通濾波器對(duì)所述計(jì)數(shù)偏差 信號(hào)進(jìn)行濾波；和/或?qū)λ鲚d波信號(hào)的初始值進(jìn)行設(shè)定和/或復(fù)位。
[0032] 產(chǎn)生時(shí)間校正信號(hào)的步驟的至少一部分可以通過使用第一三角積分環(huán)來實(shí)現(xiàn)。對(duì) 所述輸入信號(hào)進(jìn)行插值的步驟的至少一部分可以通過使用第二三角積分環(huán)來實(shí)現(xiàn)?？梢允?用噪聲整形器來進(jìn)行截?cái)唷?br> [0033] 所述的方法可以包括將所述重采樣信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)的噪聲平移至充分 無(wú)法聽見的頻帶；對(duì)所述載波信號(hào)和/或所述重采樣信號(hào)進(jìn)行整形；和/或?qū)λ鲋夭蓸?信號(hào)的特性進(jìn)行分析以產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，所述比較、整形或噪聲整形均取決于所述PWM控 制信號(hào)。
[0034] 根據(jù)又一方案，提供了一種用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼的方法，包括：產(chǎn)生具有載波 信號(hào)頻率的載波信號(hào)；對(duì)所述載波信號(hào)與所述輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行比較，并 當(dāng)其在預(yù)定的精確度下相等時(shí)立即存儲(chǔ)所述輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)以形成觸發(fā)信 號(hào)；以及使用噪聲整形器截?cái)嗨鲇|發(fā)信號(hào)以形成編碼信號(hào)。
[0035] 所述的方法可以包括與所述載波信號(hào)同步地對(duì)所述觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行更新（例如當(dāng) 載波信號(hào)處在最大值和/或最小值時(shí)進(jìn)行校正）。
[0036] 根據(jù)另一方案，提供了一種用于由通過根據(jù)本公開的編碼方法產(chǎn)生的編碼信號(hào)來 產(chǎn)生PWM信號(hào)的方法，包括：產(chǎn)生具有與所述載波信號(hào)的頻率相等的頻率的匹配載波信號(hào)； 以及對(duì)所述編碼信號(hào)和該載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成所述PWM信號(hào)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 參照?qǐng)D示可以更好地理解本公開的幾個(gè)方案。圖中，類似的附圖標(biāo)記指代對(duì)應(yīng)的 部件。
[0038] 圖1示出了根據(jù)本公開的包括信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的信號(hào)處理系統(tǒng)；
[0039] 圖2a和圖2b示出了根據(jù)本公開的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的非限制性示例；
[0040] 圖3示出了根據(jù)本公開的自然PWM、數(shù)字PWM和預(yù)處理PWM方法的時(shí)序信號(hào)比較；
[0041] 圖4是出了根據(jù)本公開的采樣率轉(zhuǎn)換器；
[0042] 圖5示出了根據(jù)本公開的交叉使能單元；
[0043] 圖6示出了根據(jù)本公開的有限脈沖響應(yīng)濾波器模塊；
[0044] 圖7示出了根據(jù)本公開的線性插值單元和三角積分部；
[0045] 圖8示出了根據(jù)本公開的PWM部；
[0046] 圖9示出了根據(jù)本公開的多通道音頻系統(tǒng)；
[0047] 圖10示出了根據(jù)本公開的交叉點(diǎn)選擇（CPS)部；
[0048] 圖11示出了根據(jù)本公開的基于信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的用于流和/或播放的編碼線路的 實(shí)施；
[0049] 圖12示出了根據(jù)本公開的通過數(shù)字PWM和預(yù)處理PWM方法產(chǎn)生的PWM信號(hào)的MD 繪圖；
[0050] 圖13示出了根據(jù)本公開的通過數(shù)字PWM和預(yù)處理PWM方法產(chǎn)生的PWM信號(hào)的THD 繪圖；

【具體實(shí)施方式】
[0051] 下文將參照附圖描述本公開的具體實(shí)施例；然而，公開的實(shí)施例只是公開的示例 并可能以多種形式呈現(xiàn)。為避免本公開不清晰，在不必要的細(xì)節(jié)中沒有詳細(xì)描述熟知的功 能或結(jié)構(gòu)。因此，本文詳細(xì)描述的特殊結(jié)構(gòu)和功能并非作為限制，而只是作為權(quán)利要求和說 明書的基礎(chǔ)，其用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員以任何實(shí)質(zhì)上合適的詳細(xì)結(jié)構(gòu)多樣化地使用本 公開。本說明書的圖示中，類似的附圖標(biāo)記指代類似的或相同的元件。
[0052] 本文描述的一些方面與"任意"采樣率有關(guān)（例如，任意源或目標(biāo)采樣率）。這里 使用的術(shù)語(yǔ)"任意"可以指代未預(yù)定的任何采樣率（例如，其為設(shè)計(jì)采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)未知 的）。應(yīng)理解本文描述的另外一些方面的采樣率也可以適用于"固定的比率"以及預(yù)定的采 樣率來實(shí)現(xiàn)。
[0053] 另外，本文使用的小寫字母變量表示時(shí)域上的序列，而大寫字母變量表示頻率 (例如，X表示時(shí)域上的序列而X是表示頻域中的相同變量）。下標(biāo) n用于表示時(shí)域上的序 列的時(shí)間編號(hào)（例如，xn)。不同的下標(biāo)字母用于表示涉及時(shí)域上的序列的不同采樣率（例 如，x n，yb，Zk 等）。
[0054] 根據(jù)本公開的信號(hào)處理系統(tǒng)可以集成在諸如有源揚(yáng)聲器、放大器、蜂窩電話（例 如智能手機(jī)）、臺(tái)式電腦、筆記本電腦、便攜式媒體播放器、電視機(jī)、便攜式游戲設(shè)備、游戲主 機(jī)、游戲控制器、遠(yuǎn)程控制、家用電器（例如烤箱、電冰箱、面包機(jī)、微波爐、真空吸塵器等）、 電動(dòng)工具（鉆孔機(jī)、攪拌機(jī)等）、機(jī)器人（例如自動(dòng)清潔機(jī)器人、看護(hù)機(jī)器人等）、玩具（例如 玩偶、小雕像、建筑套裝、玩具車等）、賀卡、家庭娛樂系統(tǒng)等的消費(fèi)電子設(shè)備中。該信號(hào)處理 系統(tǒng)可以配置為當(dāng)使用極低成本的換能器時(shí)，在低成本應(yīng)用中維持可接受的聲音性能。在 諸如便攜式游戲設(shè)備的可移動(dòng)的或使用電池的消費(fèi)電子設(shè)備的情況下，信號(hào)處理系統(tǒng)可以 配置為用于提高用戶聽覺體驗(yàn)而同時(shí)減小使用功率，從而延長(zhǎng)電池壽命、降低板載發(fā)熱等。
[0055] 圖1示出了包括有根據(jù)本公開的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100的信號(hào)處理系統(tǒng)。信號(hào)處理系 統(tǒng)可以接收通過外部聲源（例如處理器、音頻流設(shè)備、音頻反饋設(shè)備、無(wú)線收發(fā)器、ADC、音 頻解碼電路、DSP等）提供的有線或無(wú)線輸入信號(hào)1 (例如數(shù)字信號(hào)、一個(gè)或多個(gè)模擬信號(hào)、 5. 1環(huán)繞音頻信號(hào)、音頻播放流等）。信號(hào)處理系統(tǒng)還可以通過其包括的時(shí)鐘產(chǎn)生單元110 產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)3和/或從外部時(shí)鐘源接收外部時(shí)鐘信號(hào)3b。信號(hào)處理系統(tǒng)包括根據(jù)本公開 的可選的異步采樣率轉(zhuǎn)換器（ASRC) 105,其將以輸入采樣率采樣的輸入信號(hào)1轉(zhuǎn)換為重采 樣信號(hào)150。信號(hào)處理系統(tǒng)包括根據(jù)本公開的脈沖寬度調(diào)制（PWM)模塊120,其接收重采樣 信號(hào)150并產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制（PWM)信號(hào)125。信號(hào)處理系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器 130,其配置為接收PWM信號(hào)125并產(chǎn)生用于一個(gè)或多個(gè)換能器5、9和/或換能器模塊6的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)135a_n。
[0056] PWM模塊120可以產(chǎn)生內(nèi)部載波信號(hào)，其具有解析度（例如m位，m是比0大的整 數(shù)）、載頻（例如涉及載波信號(hào)的重復(fù)周期）并可以在充分高于載頻的速率下更新（例如用 時(shí)鐘信號(hào)3或從其中導(dǎo)出的速率下更新）。在一個(gè)非限制性示例中，載波信號(hào)可以在時(shí)鐘信 號(hào)3的頻率下校正，并具有通過時(shí)鐘信號(hào)3除以載波信號(hào)的解析度而確定的載頻。
[0057] 在一些方案中，圖1所示的配置可以不使用ASRC 105。在非限制性示例中，系統(tǒng)可 以配置為接收來自外部音頻源1的信號(hào)150而不是經(jīng)由ASRC 105。在此情況下，信號(hào)150 可以已經(jīng)以適用于PWM模塊120的采樣率進(jìn)行了采樣。信號(hào)150可以以任意和/或固定的 采樣率采樣（例如，以任意采樣率采樣的信號(hào)，該采樣率顯著高于載波信號(hào)頻率的采樣率， 如高8倍、高16倍、高256倍等，或以固定采樣率采樣，例如等于時(shí)鐘信號(hào)3的頻率的采樣 率）。
[0058] 在一些方案中，根據(jù)本公開的PWM模塊120可以有益于在較低的總頻下產(chǎn)生提供 有效且低噪聲的PWM信號(hào)125。這樣降低的PWM頻率可以允許減少系統(tǒng)中涉及切換的功耗 并帶來可觀的效率提升。
[0059] 在一些方案中，輸入信號(hào)1可以與載波信號(hào)同步地高度過米樣（例如載波信號(hào)的 256倍）。在信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的I2S主部分的配置下，信號(hào)可以由PWM載波同 步地更新。
[0060] 在一些方案中，驅(qū)動(dòng)器130可以為半橋或全橋配置，并可以接收一個(gè)或多個(gè)PWM信 號(hào)來驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的高側(cè)和低側(cè)的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器130可以包括D類放大器、D類平衡放大器、 K類放大器等。驅(qū)動(dòng)器130可以包括用于確定工作中傳輸至換能器的電流、電壓等的反饋電 路。放大器可以包括反饋環(huán)，其可選地配置為降低一個(gè)或多個(gè)換能器5、9和/或系統(tǒng)中的 電力組件的非線性特性。
[0061] 換能器5和9可以是諸如適用于產(chǎn)生聲音的揚(yáng)聲器的部件或設(shè)備。更一般地，換能 器5和9可以是配置為將以第一能量形式的輸入信號(hào)（例如電輸入信號(hào)）轉(zhuǎn)換為以第二能 量形式的輸出信號(hào)（例如聲、熱、光、射頻、電等）的任何設(shè)備。關(guān)于音頻應(yīng)用，換能器5和 9可以基于諸如電磁材料、熱聲材料、靜電材料、磁致伸縮材料、帶狀材料、音頻陣列材料、電 活性材料等的多種不同技術(shù)中的一種?；诓煌夹g(shù)的換能器5和9需要可選的驅(qū)動(dòng)器特 性、匹配或?yàn)V波電路，但這些方面并不意味著改變本公開的范圍。
[0062] 換能器模塊6可以配置為包括換能器9和電路7的子系統(tǒng)。電路7可以提供額外 的功能（例如功率放大、能量變換、濾波、能量?jī)?chǔ)存等）來使得換能器模塊6外部的驅(qū)動(dòng)器 能驅(qū)動(dòng)換能器9。電路7的一些非限制性示例（濾波器電路、LC濾波器、放大器、解復(fù)用器、 開關(guān)陣列、串行通信電路、并行通信電路、FIFO通信電路、電荷存儲(chǔ)器電路等）是本公開的 重點(diǎn)。
[0063] 在一些方案中，信號(hào)處理系統(tǒng)或其部分可以嵌入在特定用途集成電路（ASIC)或 配置為用于集成到片上系統(tǒng)（S0C)、特定用途集成電路（ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA) 或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)集成電路的硬件描述語(yǔ)言部（例如VHDL、Verilog等）。一個(gè)或 更多單元或其部分（ASRC、PWM模塊等）還可以用消費(fèi)電子設(shè)備上的軟件和/或社交網(wǎng)絡(luò) (例如本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、云端等）來實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處理系統(tǒng)，和/或信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100可以 由全數(shù)字硬件實(shí)現(xiàn)。硬件實(shí)現(xiàn)可以集成到任何半導(dǎo)體制造工藝中，一些非限制性示例包括 13nm-0. 5μπι CM0S、CM0S-0pto、HV_CM0S、SiGe BiCMOS等。這能夠有益于使消費(fèi)電子設(shè)備提 供增強(qiáng)的聽覺體驗(yàn)并且不對(duì)功耗產(chǎn)生明顯的影響或?qū)σ咽芟拊O(shè)備增加大量的硬件或成本。 [0064] 在一些方案中，全數(shù)字實(shí)現(xiàn)可以有益于實(shí)現(xiàn)減小硬件尺寸、降低功耗、降低生產(chǎn)成 本并向系統(tǒng)增加集成電路工藝數(shù)量。全數(shù)字實(shí)現(xiàn)可以作為完整的音頻增強(qiáng)線路的一部分集 成到消費(fèi)電子設(shè)備中。
[0065] 圖2a和2b示出了根據(jù)本公開的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的非限制性示例。圖2a示出了根 據(jù)本公開的包括ASRC105的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。ASRC105配置為接收輸入信號(hào)1和時(shí)鐘信號(hào)3 并配置為產(chǎn)生重采樣信號(hào)150。信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括PWM模塊120a，PWM模塊120a包括交叉 點(diǎn)選擇（CPS)部210和PWM部220。PWM部220配置為接收來自CPS部210的觸發(fā)信號(hào)215 以及產(chǎn)生PWM信號(hào)125a和載波信號(hào)225。CPS部210配置為接收載波信號(hào)225且從根據(jù)本 公開的ASRC105或等同的信號(hào)源接收重采樣信號(hào)150以產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)215。這樣的配置可 以有益于減少由數(shù)字PWM系統(tǒng)引入的互調(diào)失真和/或總諧波失真。在一個(gè)非限制性示例中 重采樣信號(hào)150可以由信號(hào)源1而不是ASRC 105來提供。
[0066] CPS部210可以包括輸入和/或輸出寄存器來分別存儲(chǔ)重米樣信號(hào)150的樣本和 觸發(fā)信號(hào)215。CPS部210可以包括CPS比較器，其配置為比較重采樣信號(hào)150和載波信號(hào) 225。在一個(gè)非限制性示例中，CPS比較器可以配置為當(dāng)載波信號(hào)225從小于變?yōu)榇笥谥夭?樣信號(hào)150時(shí)來更新觸發(fā)信號(hào)215。在另一非限制性示例中，CPS部210可以包括滯后功能 元件來限制潛在的噪聲，潛在的噪聲是由當(dāng)載波信號(hào)225和重采樣信號(hào)150的幅度相近時(shí) 切換觸發(fā)信號(hào)215而引入的。這樣的比較功能可以由切換比較算法或硬件比較器部等來提 供。CPS部210可以配置為與載波信號(hào)225同步地更新觸發(fā)信號(hào)215 (例如，當(dāng)載波信號(hào)處 在最大值或最小值等）。
[0067] CPS部210可以包括噪聲整形功能元件（例如噪聲整形器），其配置為在切換比較 算法中插入和/或重塑隨機(jī)的和/或偽隨機(jī)噪聲。這樣的隨機(jī)和/或偽隨機(jī)噪聲可以有益 于降低在重采樣信號(hào)上的涉及定時(shí)（timing)的噪聲（即，因而潛在地降低了信號(hào)處理系 統(tǒng)的總MD和/或THD)?？蛇x地，另外地，或組合地，噪聲整形功能元件可以包括在PWM部 220而不是CPS部210中。在一個(gè)非限制性示例中，噪聲整形功能元件可以是η階Λ-Σ噪 聲整形器。噪聲整形器中的每一個(gè)反饋環(huán)包括用于幫助更好地對(duì)總噪聲整形的可配置的參 數(shù)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，使用9階噪聲整形器與聽覺模型的絕對(duì)閾值結(jié)合來在聽覺范圍 內(nèi)對(duì)噪聲進(jìn)行整形。這樣的配置可以有益于充分地將系統(tǒng)中可能被人類用戶聽見的聽覺范 圍內(nèi)的噪聲最小化。噪聲整形器可以用比載波信號(hào)的頻率更高的頻率進(jìn)行采樣（例如，時(shí) 鐘頻率或載波信號(hào)頻率的數(shù)倍等）。這樣的高頻率采樣可以有益于在工作時(shí)通過噪聲整形 器將噪聲轉(zhuǎn)換到更高的無(wú)法聽見的頻帶。
[0068] CPS部210可以配置為接收多個(gè)重采樣信號(hào)150,可以是以多個(gè)采樣率提供的相同 信號(hào)。這樣的多采速率重采樣信號(hào)150可以與相關(guān)的載波信號(hào)225比較，以產(chǎn)生一個(gè)或多 個(gè)觸發(fā)信號(hào)215,以更精確和/或準(zhǔn)確地表示期望的理想PWM輸出。多采樣率重采樣信號(hào) 可以通過包括在CPS部210中的三角積分部評(píng)估以更好地移除定時(shí)/采樣引入的噪聲。
[0069] CPS部210和/或PWM部220可以包括整形功能元件，該整形功能元件配置為改變 PWM觸發(fā)器定時(shí)從而進(jìn)一步降低和/或補(bǔ)償可能影響信號(hào)處理系統(tǒng)的THD或MD的相關(guān)的 非線性。這樣的整形功能元件可以與心理聲學(xué)效應(yīng)結(jié)合以提高重采樣信號(hào)150的一個(gè)或多 個(gè)頻帶（例如低音帶）。這樣的配置可以有益于將信號(hào)增強(qiáng)與信號(hào)轉(zhuǎn)換處理結(jié)合以降低預(yù) 期應(yīng)用的硬件需求。
[0070] 在一些方面，整形功能元件可以配置為接收和/或分析一個(gè)或多個(gè)重采樣信號(hào) 150的性質(zhì)（例如，功率級(jí)、限帶的功率級(jí)、頻率組成等），因而整形功能元件的輸出依賴上 述特性。
[0071] PWM部220可以包括10寄存器、可選的噪聲整形功能元件、載波產(chǎn)生器和/或PWM 信號(hào)轉(zhuǎn)換器。PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以配置為接收觸發(fā)信號(hào)215或其分頻信號(hào)，并產(chǎn)生PWM信 號(hào)125a。另外，可選地，或組合地，PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以包括根據(jù)本公開的整形功能元件，以 進(jìn)一步減小η?和/或THD。在一些方面，重采樣信號(hào)150 (或充分等同的輸入信號(hào)），和觸 發(fā)信號(hào)215可以是高解析度脈沖編碼調(diào)制（PCM)信號(hào)（例如16位、18位或24位等）并且 PWM信號(hào)125a可以是1位PWM信號(hào)。噪聲整形器可以包括在PWM部220中以對(duì)與PCM和 PWM信號(hào)間的受時(shí)鐘限制的轉(zhuǎn)換和位解析度降低相關(guān)的量化噪聲進(jìn)行整形。
[0072] 圖2b示出了根據(jù)本公開的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的非限制性示例的幾個(gè)方面。信號(hào)轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)包括根據(jù)本公開的ASRC 105。ASRC 105配置為接收輸入信號(hào)1和時(shí)鐘信號(hào)3并配置 為產(chǎn)生重采樣信號(hào)150。信號(hào)變換系統(tǒng)包括PWM模塊120b，其包括交叉點(diǎn)選擇（CPS)部、分 析器250和PWM部240。分析器250配置為計(jì)算重采樣信號(hào)150的一個(gè)或更多的性質(zhì)（例 如功率級(jí)、限帶幅度、頻響、諧波成分等）并產(chǎn)生PWM控制信號(hào)255。PWM部240可以配置為 接收來自CPS部230的觸發(fā)信號(hào)235和來自分析器250的PWM控制信號(hào)255,并產(chǎn)生PWM信 號(hào)125b和載波信號(hào)245。CPS部230配置為接收重采樣信號(hào)150和載波信號(hào)245并產(chǎn)生觸 發(fā)信號(hào)235。這樣的配置可以有益于減小通常由數(shù)字PWM引入的互調(diào)失真和/或總諧波失 真。
[0073] 分析器250可以配置為接收一個(gè)或更多外部輸入251。一些合適的外部輸入的非 限制性示例包括感測(cè)信號(hào)（例如周圍環(huán)境溫度、濕度、音量、揚(yáng)聲器反饋信號(hào)等），輸出電壓 級(jí)、話筒電流級(jí)、箱溫度、箱壓力級(jí)等。在一些方面，這樣的外部信號(hào)251可以由分析器250 使用來提升電源噪聲等級(jí)（脈沖抑制等），從而增加電源抑制比（PSRR)。
[0074] 集成了外部信號(hào)251的分析器250可以包括一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器和/或信號(hào)路徑上 的驅(qū)動(dòng)器的模型。該模型是與基于外部輸入251提供的信息相適應(yīng)的。這樣的模型可以有 益于進(jìn)一步減小基于工作環(huán)境的頂D和/或THD、和/或優(yōu)化一個(gè)或更多系統(tǒng)組件（例如驅(qū) 動(dòng)器、揚(yáng)聲器、電源等）的工作特性。這樣的配置對(duì)于克服由于本地溫度、濕度等改變而造 成的揚(yáng)聲器參數(shù)（例如，阻抗，阻尼，效率，性能特性等）變化十分有效。
[0075] 在一些方案中，分析器250可以配置為產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)重米樣信號(hào)150的性質(zhì)。該 性質(zhì)的一些非限制性示例包括信號(hào)功率級(jí)、限帶幅度（例如低音頻帶幅度）、頻率響應(yīng)、諧 波成分等。分析器250可以產(chǎn)生適用于PWM部240中的PWM控制信號(hào)255。PWM控制信號(hào) 255可以用于改變載波信號(hào)245的一個(gè)或多個(gè)特性（例如載頻、調(diào)制指數(shù)和波形等）和/或 相關(guān)整形功能元件的一個(gè)或多個(gè)方面。
[0076] 在一些方案中，分析器250可以配置為從重采樣的音頻信號(hào)150提取總功率級(jí)。該 總功率級(jí)可以就這樣提供或在釋放作為PWM控制信號(hào)255之前進(jìn)行修改。PWM轉(zhuǎn)換器240可 以配置為將功率級(jí)接收到包括在其中的整形功能元件。該整形功能元件可以配置為當(dāng)PWM 控制信號(hào)255高出功率限制或低于功率閾值等時(shí)來調(diào)整PWM信號(hào)125a的定時(shí)。這樣的配 置可以有益于擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)器和/或換能器的線性范圍。其還有益于在載頻低于傳統(tǒng)PWM系統(tǒng) 可接受的的載頻時(shí)提供高品質(zhì)PWM信號(hào)。
[0077] 在一些方案中，包括在PWM部220、240或CPS部210、230中的整形功能元件可以 配置為用于提供諸如FIR濾波、IIR濾波、折曲（warped)FIR濾波、人為移除換能器、擾動(dòng)抑 制、用戶指定音效增強(qiáng)、用戶安全功能、情感算法（emotive algorithms)、心理聲學(xué)增強(qiáng)、信 號(hào)整形、單頻帶或多頻帶壓縮、增幅器或限幅器、水印疊加、頻譜對(duì)比度增強(qiáng)、頻譜擴(kuò)展、頻 率遮罩、量化噪聲移除、供電抑制、交叉、均衡、放大、驅(qū)動(dòng)器范圍擴(kuò)展、功率優(yōu)化、線性或非 線性反饋或前饋控制系統(tǒng)等的功能。包括在CPS部210、230和/或關(guān)聯(lián)的PWM部220、240 中的整形功能元件可以包括獨(dú)立的或組合的一個(gè)或多個(gè)上述功能。
[0078] 在一個(gè)具體涉及音頻信號(hào)處理的非限制性示例中，整形功能元件可以配置為根據(jù) 總功率和/或重采樣信號(hào)150的等級(jí)來向PWM信號(hào)增加或從PWM信號(hào)中減去無(wú)法聽見的功 率（即，具有聽覺譜之外的頻率組成的功率）。這樣的配置可以用于人工增大PWM信號(hào)的 占空比而不影響產(chǎn)生信號(hào)的可聽見的部分。這可以有益于減小當(dāng)重采樣信號(hào)150接近極限 (最小和/或最大功率級(jí)）或調(diào)制指數(shù)非常高時(shí)引入的THD。通過在PWM信號(hào)中增加或減少 無(wú)法聽見的功率，尤其是可以擴(kuò)展和/或改變短脈沖，從而可以更好地補(bǔ)償相關(guān)的切換損 耗、涉及快速轉(zhuǎn)換的功率損耗等，以更好地實(shí)時(shí)補(bǔ)償來增強(qiáng)系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)的可聽見部分。
[0079] 在一些方案中，PWM部220、240可以配置為產(chǎn)生載波信號(hào)225、245。載波信號(hào)225、 245可以具有載頻、幅度（S卩，從而決定相關(guān)的調(diào)制指數(shù)）和波形（例如鋸齒波、三角形波和 正弦信號(hào)等）?？梢詮腁SRC產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中，與時(shí)鐘信號(hào)3同步地，或與任意 時(shí)鐘源同步地產(chǎn)生載波信號(hào)225、245,其具有來自相關(guān)的分析器250的與輸入信號(hào)1等同步 的反饋。
[0080] PWM部220、240可以包括一個(gè)或多個(gè)調(diào)制方式，該調(diào)制方式包括三角積分調(diào)制、音 頻頻帶噪聲整形、脈沖寬度調(diào)制、非連續(xù)控制線路、抖動(dòng)PWM、改進(jìn)的PWM線路、滑動(dòng)模式控 制等。在一個(gè)非限制性示例中，相較于其他方法，滑動(dòng)模式控制（SMC)方法可以允許更高的 PSRR和BW。SMC是基于滑動(dòng)表面的概念，其關(guān)于當(dāng)目標(biāo)從滑動(dòng)表面移動(dòng)至大于滯后距離時(shí) 提供滯后以產(chǎn)生校正信號(hào)。
[0081] 載波采樣頻率可以獨(dú)立于調(diào)制指數(shù)。調(diào)制指數(shù)的移動(dòng)平均值可以在工作時(shí)由分析 器產(chǎn)生，并用于控制PWM過程和/或整形功能元件。
[0082] 在一些方案中，PWM部220、240可以包括空載時(shí)間補(bǔ)償功能元件。這樣的功能元 件可以對(duì)驅(qū)動(dòng)器130、換能器5、9和/或驅(qū)動(dòng)電路7的空載時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償以進(jìn)一步延展信號(hào) 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的線性范圍。該空載時(shí)間補(bǔ)償可以典型地在lOOns-lus的范圍內(nèi)。
[0083] 圖3示出了根據(jù)本公開的自然PWM、數(shù)字PWM和預(yù)處理PWM方法的的時(shí)序信號(hào)比 較。幅度軸被劃分為最小有效位，其代表期望的信號(hào)精確度。在該示例中，在連續(xù)的輸入樣 本之間示出了 22個(gè)時(shí)鐘周期。輸入信號(hào)的時(shí)間序列由連續(xù)樣本\和^+1表示。在這個(gè)非 限制性示例中，輸入樣本s n+1和sn被22個(gè)時(shí)鐘周期分開。用連續(xù)樣本vk至vk+4表示重采 樣信號(hào)150的時(shí)間序列。用從\至^ +1延長(zhǎng)的實(shí)線表示假想實(shí)際信號(hào)。用虛線示出了相關(guān) 的線性插值并且在每個(gè)采樣點(diǎn)（在這個(gè)非線性示例中，重采樣信號(hào)由8倍的因數(shù)采樣）標(biāo) 出了相關(guān)的重采樣信號(hào)\。用粗實(shí)線示出了經(jīng)過各信號(hào)（假想實(shí)際信號(hào)、線性插值和重采 樣信號(hào)）附近的載波信號(hào)225、245。
[0084] 可以由根據(jù)本公開的ASRC 105產(chǎn)生圖3所示的重采樣信號(hào)。包括在采樣率轉(zhuǎn)換 器105中的第一三角積分環(huán)由時(shí)間序列η以及序列k的采樣率和序列η的采樣率之間的期 望的比率（在此情況下為整數(shù)值8)而產(chǎn)生序列k的時(shí)間間隔。由圖3可知，重采樣輸出信 號(hào)樣本分別相隔2、3、3、3、3、2、3和3個(gè)時(shí)鐘周期。第二三角積分環(huán)由輸入樣本和輸入信號(hào) 的采樣率與重采樣輸出信號(hào)的采樣率之間的比率而產(chǎn)生輸出樣本的幅度。由圖3可知，輸 出樣本幅度分別為1、2、3、5、6、7、8和10。下面進(jìn)一步說明三角積分環(huán)的功能 ：
[0085] 第一三角積分單元(時(shí)間） 第二三角積分單元(幅度） 樣本時(shí)間差為： 樣本幅度差為：

【權(quán)利要求】
1. 一種信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制（PWM)輸出信號(hào)，所述 信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括： 時(shí)鐘源，其用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和/或預(yù)定用于接收時(shí)鐘信號(hào)； 載波產(chǎn)生器，其配置為產(chǎn)生具有載波信號(hào)頻率的載波信號(hào)； 交叉點(diǎn)選擇（CPS)部，其包括CPS比較器以將載波信號(hào)和輸入信號(hào)或從其中導(dǎo)出的信 號(hào)進(jìn)行比較以基于該比較和所述輸入信號(hào)或從其中導(dǎo)出的信號(hào)來產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)； 噪聲整形器，其配置為減小觸發(fā)信號(hào)的位深以形成截短的信號(hào)；以及 PWM比較器，其配置為將截短的信號(hào)和/或從其中產(chǎn)生的信號(hào)與載波信號(hào)進(jìn)行比較以 產(chǎn)生PWM輸出信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括采樣率轉(zhuǎn)換器，其將輸入信號(hào)重采樣為 采樣率大于載波頻率的重采樣信號(hào)，所述CPS比較器配置為接收所述重采樣信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，采樣率轉(zhuǎn)換器包括： 計(jì)數(shù)器，其配置為由時(shí)鐘信號(hào)和輸入信號(hào)產(chǎn)生計(jì)數(shù)偏差信號(hào)； 第一三角積分單元，其配置為由計(jì)數(shù)偏差信號(hào)來計(jì)算時(shí)間校正值； 重采樣時(shí)鐘產(chǎn)生器，其配置為由所述時(shí)間校正值來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘信號(hào)； 以及 第二三角積分單元，其配置為由一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘信號(hào)和所述輸入信號(hào)來產(chǎn)生所 述重采樣信號(hào)。
4. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述噪聲整形器配置為將在觸發(fā)信 號(hào)、輸入信號(hào)和/或重采樣信號(hào)上的噪聲平移至充分無(wú)法聽見的頻帶以形成所述截短的信 號(hào)。
5. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述噪聲整形器包括η階三角積分 調(diào)制器，其配置為執(zhí)行減小位深和/或噪聲平移，其中的η為正整數(shù)。
6. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述噪聲整形器包括聽覺模型的閾 值。
7. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述載波產(chǎn)生器包括或配置為接收 相位校正參數(shù)，所述載波信號(hào)取決于所述噪聲校正參數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述相位校正參數(shù)配置為設(shè)定載波信號(hào)的初 始值。
9. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括：分析器，其配置為接收輸入 信號(hào)、重采樣信號(hào)或由其產(chǎn)生的信號(hào)和/或外部輸入并計(jì)算PWM控制信號(hào)；載波產(chǎn)生器； PWM比較器；和/或噪聲整形器，其配置為接收PWM控制信號(hào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述分析器配置為計(jì)算重采樣信號(hào)的至少 一部分或由其產(chǎn)生的信號(hào)的功率級(jí)，所述PWM控制信號(hào)取決于所述功率級(jí)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述分析器配置為接收至少部分地代 表選自溫度、濕度、音量、揚(yáng)聲器反饋、電壓級(jí)、換能器電流級(jí)、揚(yáng)聲器箱溫度、揚(yáng)聲器箱壓力 級(jí)和/或其組合的特性的外部輸入。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3至11中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括FIFO緩沖器，其聯(lián)接 至所述計(jì)數(shù)器和輸入信號(hào)，并配置為存儲(chǔ)輸入信號(hào)的連續(xù)樣本和計(jì)數(shù)偏差信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括FIFO填充控制器，其聯(lián)接至所述重采 樣時(shí)鐘產(chǎn)生器和所述FIFO緩沖器，并配置為將所述FIFO緩沖器的填充等級(jí)大致控制在預(yù) 定填充等級(jí)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3至13中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括平均部，其聯(lián)接至所述 計(jì)數(shù)器或所述FIFO緩沖器和第一三角積分環(huán)，并配置為由所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)來計(jì)算平均 計(jì)數(shù)偏差信號(hào)，所述第一三角積分環(huán)配置為接收所述平均計(jì)數(shù)偏差信號(hào)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述平均部包括移動(dòng)平均濾波器，其配置 為計(jì)算所述平均計(jì)數(shù)偏差信號(hào)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求3至15中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述重采樣時(shí)鐘產(chǎn)生 器配置為對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行重采樣以形成具有充分穩(wěn)定的采樣率的去抖動(dòng)信號(hào)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求3至16中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括低通濾波器，其聯(lián)接至 重采樣時(shí)鐘產(chǎn)生器和第二三角積分環(huán)，所述低通濾波器配置為接收一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘 信號(hào)和輸入信號(hào)或去抖動(dòng)信號(hào)，并計(jì)算經(jīng)濾波的中間信號(hào)，所述第二三角積分環(huán)配置為接 收所述經(jīng)濾波的中間信號(hào)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述低通濾波器為低通多相FIR濾波 器。
19. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述載波信號(hào)選自鋸齒波、Z字形 波和正弦波。
20. 根據(jù)權(quán)利要求2至19中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述采樣率轉(zhuǎn)換器配 置為以與時(shí)鐘信號(hào)或由其導(dǎo)出的信號(hào)同步的采樣率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行重采樣。
21. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述CPS部包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備功 能元件，其配置為與所述載波信號(hào)同步地對(duì)所述觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行更新。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述更新配置為當(dāng)所述載波信號(hào)處 在最大值或最小值時(shí)發(fā)生。
23. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述輸入信號(hào)具有m位的解 析度，并且所述載波信號(hào)和/或所述截短的信號(hào)具有P位的解析度，其中P小于m。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述CPS比較器配置為對(duì)載波信號(hào)和所述 輸入信號(hào)的最大有效P位或由其導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行比較。
25. -種信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制（PWM)信號(hào)，所述信號(hào) 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括： 時(shí)鐘源，其用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和/或預(yù)定用于接收時(shí)鐘信號(hào)； 交叉使能單元，其配置為由輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)而產(chǎn)生去抖動(dòng)信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)重采 樣時(shí)鐘信號(hào)； 線性插值單元，其配置為由所述去抖動(dòng)信號(hào)、所述時(shí)鐘信號(hào)和所述一個(gè)或多個(gè)重采樣 時(shí)鐘信號(hào)來產(chǎn)生重采樣信號(hào)；以及 脈沖寬度調(diào)制（PWM)模塊，其包括載波產(chǎn)生器和PWM比較器，所述載波產(chǎn)生器其用于產(chǎn) 生載波信號(hào)，所述PWM比較器配置為對(duì)所述重采樣信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)與所述載波信 號(hào)進(jìn)行比較以形成PWM信號(hào)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括FIR濾波器模塊，其包括低通濾波器， 所述FIR濾波器模塊配置為由所述去抖動(dòng)信號(hào)、所述時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)所述重采樣信 號(hào)來產(chǎn)生經(jīng)濾波的中間信號(hào)，所述線性插值單元配置為接收所述經(jīng)濾波的中間信號(hào)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述低通濾波器為低通多相FIR濾波 器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述FIR濾波器包括限幅器，其 配置為防止經(jīng)濾波的中間信號(hào)溢出。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25至28中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述交叉使能單元 包括： 計(jì)數(shù)器，其配置為由時(shí)鐘信號(hào)和輸入信號(hào)產(chǎn)生計(jì)數(shù)偏差信號(hào)； 第一三角積分單元，其配置為由計(jì)數(shù)偏差信號(hào)來計(jì)算時(shí)間校正值； 重采樣時(shí)鐘產(chǎn)生器，其配置為由所述時(shí)間校正值來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)重采樣時(shí)鐘信號(hào)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述交叉使能單元包括FIFO緩沖器，其配 置為至少存儲(chǔ)計(jì)數(shù)偏差信號(hào)的樣本和輸入信號(hào)并將樣本釋放至第一三角積分環(huán)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1至30中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的用于音頻信號(hào)處理器的用 途。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1至30中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的用于處理音頻流、數(shù)據(jù)流 和/或視頻流的用途。
33. -種用于由輸入信號(hào)產(chǎn)生PWM信號(hào)的方法，包括： 產(chǎn)生具有載波信號(hào)頻率的載波信號(hào)； 對(duì)所述載波信號(hào)和所述輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行比較，并當(dāng)其在預(yù)定的精確 度下相等時(shí)立即存儲(chǔ)輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)以形成觸發(fā)信號(hào)； 使用噪聲整形器來截?cái)嗨鲇|發(fā)信號(hào)以形成截短的信號(hào)；以及 對(duì)所述截短的信號(hào)和所述載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成所述PWM信號(hào)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，包括以高于所述載波頻率的采樣率對(duì)所述輸入信號(hào) 進(jìn)行重采樣。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，包括與所述載波信號(hào)同步地對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行更 新。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，當(dāng)所述載波信號(hào)處于最大值和/或最小值時(shí)進(jìn) 行所述更新。
37. -種用于由輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)以各自的米樣率米樣而產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制（PWM) 信號(hào)的方法，包括： 由所述輸入信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)計(jì)算計(jì)數(shù)偏差信號(hào)，所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)與所述時(shí)鐘信 號(hào)的采樣率和所述輸入信號(hào)的采樣率的差有關(guān)； 由所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間校正信號(hào)，所述時(shí)間校正信號(hào)對(duì)應(yīng)于不同于輸入信號(hào)采 樣率或時(shí)鐘信號(hào)采樣率的新采樣率； 以所述新的采樣率對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行插值以形成重采樣信號(hào)； 形成具有初始值的載波信號(hào)；以及 對(duì)所述重采樣信號(hào)或由其中產(chǎn)生的信號(hào)與所述載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成所述PWM信 號(hào)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，包括對(duì)所述輸入信號(hào)、所述重采樣信號(hào)或由其中產(chǎn) 生的信號(hào)與所述載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成觸發(fā)信號(hào)，截?cái)嗨鲇|發(fā)信號(hào)以形成截短的信 號(hào)，并且在比較中使用所述截短的信號(hào)。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的方法，包括在計(jì)算所述時(shí)間校正信號(hào)前用低通濾波器 對(duì)所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)進(jìn)行濾波。
40. 根據(jù)權(quán)利要求37或39所述的方法，包括對(duì)所述載波信號(hào)的初始值進(jìn)行設(shè)定和/或 復(fù)位。
41. 根據(jù)權(quán)利要求37至40中任一項(xiàng)所述的方法，其中，產(chǎn)生時(shí)間校正信號(hào)的步驟的至 少一部分通過使用第一三角積分環(huán)來實(shí)現(xiàn)。
42. 根據(jù)權(quán)利要求37至41中任一項(xiàng)所述的方法，其中，對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行插值的步 驟的至少一部分通過使用第二三角積分環(huán)來實(shí)現(xiàn)。
43. 根據(jù)權(quán)利要求37至42中任一項(xiàng)所述的方法，包括在所述計(jì)數(shù)偏差信號(hào)中添加非周 期信號(hào)。
44. 根據(jù)權(quán)利要求37至43中任一項(xiàng)所述的方法，使用噪聲整形器來進(jìn)行截?cái)唷?br> 45. 根據(jù)權(quán)利要求37至44中任一項(xiàng)所述的方法，包括將所述重采樣信號(hào)或由其中導(dǎo)出 的信號(hào)的噪聲平移至充分無(wú)法聽見的頻帶。
46. 根據(jù)權(quán)利要求37至45中任一項(xiàng)所述的方法，包括對(duì)所述載波信號(hào)和/或所述重采 樣信號(hào)進(jìn)行整形。
47. 根據(jù)權(quán)利要求44或46所述的方法，包括對(duì)所述重采樣信號(hào)的特性進(jìn)行分析以產(chǎn)生 PWM控制信號(hào)，所述比較、整形或噪聲整形均取決于所述PWM控制信號(hào)。
48. -種用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼的方法，包括： 產(chǎn)生具有載波信號(hào)頻率的載波信號(hào)； 對(duì)所述載波信號(hào)與所述輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)進(jìn)行比較，并當(dāng)其在預(yù)定的精確 度下相等時(shí)立即存儲(chǔ)所述輸入信號(hào)或由其中導(dǎo)出的信號(hào)以形成觸發(fā)信號(hào)；以及 使用噪聲整形器截?cái)嗨鲇|發(fā)信號(hào)以形成編碼信號(hào)。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，包括與所述載波信號(hào)同步地對(duì)所述觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行更 新。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，當(dāng)所述載波信號(hào)處在最大值和/或最小值時(shí)進(jìn) 行所述更新。
51. -種用于由通過根據(jù)權(quán)利要求48至50中任一項(xiàng)所述的方法產(chǎn)生的編碼信號(hào)來產(chǎn) 生PWM信號(hào)的方法，包括： 產(chǎn)生具有與所述載波信號(hào)的頻率相等的頻率的匹配載波信號(hào)；以及 對(duì)所述編碼信號(hào)和該載波信號(hào)進(jìn)行比較以形成所述PWM信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03G9/00GK104272687SQ201380024349
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月7日
【發(fā)明者】埃里克·林達(dá)爾, 帕埃爾·貢納斯·里斯貝里 申請(qǐng)人:Actiwave公司