專利名稱：模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、尤其是在滿足寬動態(tài)范圍和寬頻帶的同時實現(xiàn)簡 化的變頻電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
信號分析器被用于從時域和頻域兩個角度分析無線設(shè)備(比如移動電話)的信 號。信號分析器將受測試的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)例如使用FFT而被數(shù) 字處理以產(chǎn)生頻域數(shù)據(jù)。需要信號分析器具有較寬的動態(tài)范圍和較寬的頻帶。關(guān)鍵在于在模數(shù)轉(zhuǎn)換中滿足 寬動態(tài)范圍和寬頻帶二者。然而，同時滿足寬動態(tài)范圍(=大比特數(shù))和寬頻帶(=高采樣頻率)二者對于現(xiàn) 有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器而言非常困難。例如，由美國LinearTechnology公司制造的LTC2242-12、 12比特模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器具有采樣頻率250MHz。由所述公司制造的LTC2208、16比特AD轉(zhuǎn) 換器具有采樣頻率130MHz。如上所述，比特數(shù)越大，則采樣頻率總的來說就越低。因此，常規(guī)的信號分析器可能具有多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之一針 對動態(tài)范圍被優(yōu)化，而另一轉(zhuǎn)換器針對帶寬或者高采樣頻率被優(yōu)化，并且它們被并行地使 用。例如，日本專利3433724就公開了一種這樣的發(fā)明。圖1是日本專利No. 3433724所公開的發(fā)明的方框圖。第一路徑具有窄頻帶但寬 動態(tài)范圍，并且第二路徑具有窄動態(tài)范圍但寬頻帶。

發(fā)明內(nèi)容
所述使用多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方法需要相應(yīng)的變頻器，因為應(yīng)當(dāng)被提供給相應(yīng)電路 的信號的頻帶不同。在圖1中，提供有第一和第二混頻器6和8以產(chǎn)生具有適于相應(yīng)的第 一和第二路徑的頻帶的信號。增加變頻器數(shù)目將導(dǎo)致電路復(fù)雜度和成本增加。根據(jù)本發(fā)明實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用具有不同采樣頻率和比特數(shù)的第一和第 二模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的組合來產(chǎn)生具有寬頻帶的窄動態(tài)范圍的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以及具有寬動態(tài)范圍 的窄頻帶的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，但是使用共同的變頻裝置來給它們提供從輸入信號得出的中頻信 號。其中第一模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的采樣頻率是Fsl，并且第二模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的采樣頻率是Fs2， Fs2低于Fsl。第一濾波裝置給第一模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置提供輸出信號，該輸出信號是通過讓所述 中頻信號通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的第n個奈奎斯特區(qū)中的第一頻帶而獲得的。第二濾波裝 置給第二模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置提供輸出信號，該輸出信號是通過讓所述中頻信號通過第二模數(shù)轉(zhuǎn) 換裝置的第k個奈奎斯特區(qū)中的第二頻帶而獲得的。其中n和k是奈奎斯特區(qū)的序號。在本發(fā)明的實施例中，第k個奈奎斯特區(qū)頻帶被設(shè)置在第n個奈奎斯特區(qū)頻帶之 內(nèi)，并且第n個奈奎斯特區(qū)頻帶被設(shè)置在所述中頻信號的頻帶之內(nèi)。更優(yōu)選地，第k個奈奎 斯特區(qū)頻帶被設(shè)置在第n個奈奎斯特區(qū)頻帶的中心部分中，并且第n個奈奎斯特區(qū)頻帶被 設(shè)置在所述中頻信號的頻帶的中心部分中。具體而言，第n個和第k個奈奎斯特區(qū)的序號n和k為整數(shù)，并且滿足等式(2n-l)Fsl = (2k-l)Fs2的n、k、Fsl和Fs2被選擇并且被用于 使第n個和第k個奈奎斯特區(qū)的中心頻率對齊，從而使得所述值可以被稱為基準(zhǔn)，并且可以 使用經(jīng)過調(diào)整的值。換言之，可以選擇和使用粗略地滿足(和/或完全滿足)等式(2n-l) Fsl = (2k-l)Fs2 的值。另外，第一和第二頻帶的中心頻率可以基本上和/或完全對齊。這允許第一和第 二模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置使用所述中頻信號的中心部分，這導(dǎo)致最佳的特性。為了方便電路設(shè)計，第 n個奈奎斯特區(qū)的序號n優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)是2或2以上的整數(shù)。然后，第二轉(zhuǎn)換裝置的第k個奈 奎斯特區(qū)的序號k可以是3或3以上的大于n的整數(shù)，因為采樣頻率Fs2低于第一轉(zhuǎn)換裝 置的采樣頻率。如所述的那樣，本發(fā)明的實施例組合模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以使得一個具有高采樣頻率 (寬頻帶)但是具有小比特數(shù)(窄動態(tài)范圍)，而另一個具有低采樣頻率(窄頻帶)但是具 有大比特數(shù)(寬動態(tài)范圍)，同時可以使用給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供中頻信號的共同的變頻 裝置。因此，其在簡化RF電路以降低成本的同時具有出色的動態(tài)范圍和寬頻帶。可以根據(jù) 某個目的通過修改模數(shù)轉(zhuǎn)換器的組合來容易地重新配置該系統(tǒng)。


圖1 (現(xiàn)有技術(shù))是包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器的常規(guī)信號分析器的方框圖。圖2是包括根據(jù)本發(fā)明實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的信號分析器的方框圖。圖3是用于解釋奈奎斯特區(qū)的序號的圖。圖4示出了第一和第二頻帶與在第一和第二 AD轉(zhuǎn)換器54和56中使用的奈奎斯 特區(qū)之間的關(guān)系。
具體實施例方式圖2是包括根據(jù)本發(fā)明實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)32的信號分析器30的方框圖。其 具有CPU、硬盤驅(qū)動器、鼠標(biāo)等等，盡管它們未被示出，但是在PC中是公知的。用戶可以通過 操作面板(未示出)建立必要的設(shè)定、比如該用戶想要測量的輸入信號Sin中的頻帶的中 心頻率和頻寬。變頻階段34接收輸入信號Sin，并且根據(jù)用戶設(shè)置的頻帶(其由該輸入信號Sin 中的用戶期望的頻帶的中心頻率和頻寬來定義)產(chǎn)生具有合適頻帶的中頻(IF)信號Sif， 并且所述頻帶被用在下面所述的AD轉(zhuǎn)換器中。在圖2中，混頻器38和本機振蕩器40—次 將頻率上變頻到更高頻率以無縫地獲得從DC到高頻的任意頻帶。低通濾波器36剪除不必 要的高頻分量以便避免在上變頻中產(chǎn)生不必要的分量。帶通濾波器(BPF)42提取出必要的 頻帶?；祛l器44和本機振蕩器46根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器54和56的特性將所提取的頻帶下變頻 到更低頻率。分路器48接收IF信號Sif并且將其分配給第一和第二 BPF50和52。第一和第二 BPF50和52從輸入信號Sif中提取出適合相應(yīng)的第一和第二模數(shù) (AD)轉(zhuǎn)換器54和56的特性的頻帶，并且將其提供給第一和第二 AD轉(zhuǎn)換器54和56。具 體而言，它們分別對按現(xiàn)狀在第一和第二 AD轉(zhuǎn)換器54和56的每個采樣頻率的帶寬的一半 (奈奎斯特頻率)之內(nèi)的輸入信號Sif進行濾波。
第一和第二 AD轉(zhuǎn)換器54和56所使用的奈奎斯特區(qū)的序號被設(shè)置，以通過組合它 們來優(yōu)化動態(tài)范圍和帶寬。在下面的描述中，令第一 AD轉(zhuǎn)換器54的采樣頻率為Fsl并且 第二 AD轉(zhuǎn)換器56的采樣頻率為Fs2，F(xiàn)s2低于Fsl。 數(shù)字信號處理器(DSP) 62和64分別處理來自相應(yīng)AD轉(zhuǎn)換器54和56的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 以將它們提供給存儲器66。存儲器66存儲所述數(shù)據(jù)并且在必要時將其提供給顯示設(shè)備68。圖3是解釋奈奎斯特區(qū)的序號的圖。令A(yù)D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率為Fs，則奈奎斯特區(qū) 在每Fs/2被定義。第一奈奎斯特區(qū)的序號是1，第二奈奎斯特區(qū)的序號是2，以此類推。如果使用序號是二或二以上的奈奎斯特區(qū)，則所產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是假信號 (alias)，因為該頻率大于奈奎斯特頻率Fs/2。但是如果使AD轉(zhuǎn)換器的輸入信號的頻帶落 入與相應(yīng)濾波器相同的奈奎斯特區(qū)，則輸入信號與所產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的頻率之間的關(guān)系由 簡單等式來描述。例如，如果使用第三奈奎斯特區(qū)，則所產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的頻率表現(xiàn)為依照 等式“輸入信號頻率_采樣頻率Fs”的經(jīng)過變頻的假信號。因此，即使直接由AD轉(zhuǎn)換器所 產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是假信號，DSP仍然可以產(chǎn)生表示該AD轉(zhuǎn)換器的輸入信號的正確頻率的數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)。信號分析器通常使用第二奈奎斯特區(qū)。如果使用第一奈奎斯特區(qū)，則需要DC放大 電路，因為其包括DC。但是第二奈奎斯特區(qū)允許利用AC電路來處理通過所述頻帶，并且相 對于第三或更高奈奎斯特區(qū)而言，可容易地獲得更佳的模數(shù)轉(zhuǎn)換IC。然而，采樣頻率相對低的一些模數(shù)轉(zhuǎn)換IC即使在第三或更高奈奎斯特區(qū)中仍然 具有好的性能。例如，Linear Technology公司的所述LTC220816比特130Msps AD轉(zhuǎn)換IC 具有比所述公司的LTC2242-1212比特250Msps AD轉(zhuǎn)換IC低的采樣頻率。然而，LTC2208 所具有的SFDR (無雜散動態(tài)范圍)是250MHz下83dB，這意味著其直到大約采樣頻率130MHz 的兩倍處、或者在第四奈奎斯特區(qū)的上限附近都具有好的特性。圖4示出了第一和第二頻帶與第一和第二 AD轉(zhuǎn)換器54和56所使用的奈奎斯特 區(qū)之間的關(guān)系。在該實施例中，第一 BPF 50通過讓中頻信號Sif通過第二奈奎斯特區(qū)之內(nèi) 的使用頻帶(以后稱為“第一頻帶”)來給第一 AD轉(zhuǎn)換器54提供信號。第二 BPF 52通過 讓中頻信號Sif通過第三奈奎斯特區(qū)之內(nèi)的使用頻帶(以后稱為“第二頻帶”)來給第二AD 轉(zhuǎn)換器56提供信號。從使用共同的中頻信號Sif的角度來看，第二頻帶可以處于第一頻帶之內(nèi)的任意 位置。然而，中頻信號Sif的頻帶中的中心位置顯示出最佳特性，因為變頻階段34也使用 濾波器。考慮到這一點，優(yōu)選地使第一和第二頻帶的中心頻率對齊，以獲得更佳的特性。然 后，優(yōu)選地選擇采樣頻率和奈奎斯特區(qū)序號以使包括第一和第二頻帶的奈奎斯特區(qū)的中心 對齊。在圖4的實施例中，第一 AD轉(zhuǎn)換器54的包括第一頻帶的第二奈奎斯特區(qū)的中心 頻率和第二 AD轉(zhuǎn)換器56的包括第二頻帶的第三奈奎斯特區(qū)的中心頻率分別是3/4Fsl和 5/4Fs2。因此，采樣頻率Fsl和Fs2可以被選擇為滿足等式3/4Fsl = 5/4Fs2。總的來說，如果第一和第二AD轉(zhuǎn)換器54和56使用的奈奎斯特區(qū)的序號是n和k(n 和k為整數(shù))，則中心頻率被分別描述為(2n-l)Fsl/4和(2k_l)Fs2/4。然后，采樣頻率Fsl 和Fs2和奈奎斯特區(qū)序號n和k可以被選擇為滿足等式(2n-l)Fsl = (2k_l)Fs2。注意， 該條件用于如所述的那樣獲得最佳特性，從而使得使用所述等式所選擇的值可以被稱為基準(zhǔn)，并且可以使用經(jīng)過調(diào)整的值。也就是說，可以使用粗略地滿足等式(2n-l)Fsl = (2k-l) Fs2的值。為了方便電路設(shè)計，如上所述，第n個奈奎斯特區(qū)的序號n優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)是2或2以 上的整數(shù)。然后，第二 AD轉(zhuǎn)換器56的第k個奈奎斯特區(qū)的序號k可以是3或3以上的大 于n的整數(shù)，因為采樣頻率Fs2低于第一 AD轉(zhuǎn)換器54的采樣頻率。如所述的那樣，本發(fā)明的實施例組合模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而使得一個是高采樣頻率 (寬頻帶)但是小比特數(shù)(窄動態(tài)范圍)，而另一個是低采樣頻率(窄頻帶)但是大比特數(shù) (寬動態(tài)范圍)，同時給它們提供共同的中頻信號。因此，其在簡化RF電路以降低成本的同 時具有出色的動態(tài)范圍和寬頻帶?？梢愿鶕?jù)某個目的通過修改模數(shù)轉(zhuǎn)換器的組合來容易地 重新配置該系統(tǒng)。上面的實施例示出了具有兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的例子，但是可以類似地實現(xiàn) 具有三個或三個以上轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包括變頻器，其接收輸入信號并提供中頻信號；第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有采樣頻率Fs1；第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有低于Fs1的采樣頻率Fs2；第一濾波器，其給第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供輸出信號，該輸出信號是通過對所述中頻信號進行濾波以通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第n個奈奎斯特區(qū)中的第一頻帶而獲得的；以及第二濾波器，其給第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供輸出信號，該輸出信號是通過對所述中頻信號進行濾波以通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第k個奈奎斯特區(qū)中的第二頻帶而獲得的，其中第k個奈奎斯特區(qū)頻帶被設(shè)置在第n個奈奎斯特區(qū)頻帶之內(nèi)，并且第n個奈奎斯特區(qū)頻帶被設(shè)置在所述中頻信號的頻帶之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中第n個和第k個奈奎斯特區(qū)的序號n和 k為整數(shù)，并且基本滿足等式(2n-l)Fsl = (2k-l)Fs2。
3.如權(quán)利要求1中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中第一和第二頻帶的中心頻率基本相同。
4.如權(quán)利要求2中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中第一和第二頻帶的中心頻率基本相同。
5.如權(quán)利要求1任一中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中第n個奈奎斯特區(qū)的序號n是2或 2以上的整數(shù)，并且第k個奈奎斯特區(qū)的序號k是大于n的整數(shù)。
6.如權(quán)利要求2任一中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中第n個奈奎斯特區(qū)的序號n是2或 2以上的整數(shù)，并且第k個奈奎斯特區(qū)的序號k是大于n的整數(shù)。
7.如權(quán)利要求3任一中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中第n個奈奎斯特區(qū)的序號n是2或 2以上的整數(shù)，并且第k個奈奎斯特區(qū)的序號k是大于n的整數(shù)。
8.如權(quán)利要求4任一中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中第n個奈奎斯特區(qū)的序號n是2或 2以上的整數(shù)，并且第k個奈奎斯特區(qū)的序號k是大于n的整數(shù)。
全文摘要
在組合如下的AD轉(zhuǎn)換器的同時允許設(shè)定來給所述AD轉(zhuǎn)換器提供共同的中頻信號，所述AD轉(zhuǎn)換器中的一個是寬頻帶但是窄動態(tài)范圍，而另一個是窄頻帶但是寬動態(tài)范圍。第一BPF50給第一AD轉(zhuǎn)換器54提供通過讓中頻信號Sif通過第一AD轉(zhuǎn)換器54的第二奈奎斯特區(qū)中的第一頻帶而獲得的輸出信號。第二BPF52給第二AD轉(zhuǎn)換器56提供通過讓所述中頻信號Sif通過第二AD轉(zhuǎn)換器56的第三奈奎斯特區(qū)中的第二頻帶而獲得的輸出信號。此時，第二頻帶被設(shè)置在第二奈奎斯特區(qū)頻帶的中心部分中，并且第一頻帶被設(shè)置在所述中頻信號的頻帶的中心部分中。
文檔編號H04L27/14GK101809453SQ20088010068
公開日2010年8月18日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者奈良明 申請人:特克特朗尼克國際銷售有限責(zé)任公司