模数转换器中多个模拟信号的转换

摘要

多模拟信号转换器(100)使用单个模数转换器(ADC)102将多个模拟信号(104、106)同时转换成数字信号(112、114)。由ADC(120)处理处在第一中心频率的第一模拟信号(104)和处在第二中心频率的第二模拟信号(106)以生成包括对应于第一模拟信号(104)的第一数字信号(112)和对应于第二模拟信号(106)的第二数字信号(114)的复合数字信号(110)。对复合数字信号(110)进行数字频移以恢复出第二数字信号(106)。通过对复合数字信号(110)进行数字滤波来恢复出第一数字信号(104)。在某些情况下，对第一射频(RF)信号(118)和第二RF信号(122)进行频移以生成第一模拟信号(104)和第二模拟信号(106)。

说明书

背景

领域

本发明一般涉及模数转换，尤其涉及在模数转换器中处理多个信号的装 置、系统、和方法。

背景

通常在接收机中使用模数转换器(ADC)以将模拟信号转换成数字表达。 对模拟信号进行采样以产生由数值所表示的一系列采样。在使用ADC的常规 系统中，使用单个ADC以将每个模拟信号转换成数字信号。随着必须被同时 转换的模拟信号的数目的增加，常规设备的尺寸和成本也增加。

因此，需要用于使用单个ADC同时将多个模拟信号转换成数字信号的装 置和系统。

附图简要说明

图1是根据本发明示例性实施例的使用模数转换器(ADC)的多信号转换 器的框图。

图2是根据第一示例性实施例的多信号转换器的框图。

图3是根据第二示例性实施例的多信号转换器的框图。

图4是根据第三示例性实施例的多信号转换器的框图。

图5是根据第三示例性实施例的升采样信号的频谱的图解。

图6是该ADC的示例性量化噪声谱的图解。

图7是适合利用该多信号转换器的接收机电路的框图。

图8是适合利用该多信号转换器的接收机电路的框图。

图9是根据本发明示例性实施例的将多个模拟信号转换成数字信号的方 法的流程图。

详细描述

一种多模拟信号转换器使用单个模数转换器(ADC)同时将多个模拟信号 转换成数字信号。由ADC处理处在第一中心频率的第一模拟信号和处在第二 中心频率的第二模拟信号以生成包含对应于第一模拟信号的第一数字信号和 对应于第二模拟信号的第二数字信号的复合数字信号。对该复合数字信号进行 数字频移以恢复出第二数字信号。通过对该复合数字信号进行数字滤波来恢复 出第一数字信号。在示例性实施例中，对第一射频(RF)信号和第二RF信号 进行频移以生成第一模拟信号和第二模拟信号。

图1是根据本发明示例性实施例的使用模数转换器(ADC)102的多信号 转换器100的框图。虽然图1仅示出在ADC 102处接收的两个信号104、106， 但以下所讨论的原理可应用到任意数目的信号。参考多信号转换器100所描述 的这些块的各种功能和操作可实现在任意数目的设备、电路、或元件中。在某 些情况下，这些功能块中的两个或多个可被整合在单个设备中，且描述成在任 意单个设备中执行的多个功能可实现在几个设备上。

在模数转换器(ADC)102的输入108处接收处在第一中心频率的第一模 拟信号104和处在第二中心频率的第二模拟信号106。ADC 102将这些模拟信 号转换成包含对应于第一模拟信号104的第一数字信号112和对应于第二模拟 信号106的第二数字信号114的复合数字信号110。在示例性实施例中，移频 器116对第一射频(RF)信号118进行频移以将第一模拟信号104移到中心频 率0。因此，示例性实施例中的第一模拟信号104是基带信号。偏移移频器120 对第二RF信号122进行频移以将第二模拟信号106移到大于0的中频(IF) 中心频率。因此，在示例性实施例中，第二模拟信号106的中心频率大于第一 模拟信号104的中心频率。IF频率的选择是基于这些模拟信号的带宽、ADC 102 的量化噪声响应、以及接收到的信号的相对信号强度的。如下所讨论的，具有 较高信号强度的模拟信号被移到量化噪声频谱中具有较高噪声电平的区域。

偏移移频器120可包括多个信号混频器、滤波器、和/或信号斩波器，以 对第二RF信号122进行频移和滤波并生成第二模拟信号106。例如，在如下 所讨论的第二示例性实施例中，将第二RF信号122混频到基带频率，进行低 通滤波、并升混频到中频。在第一示例性实施例中，通过将第二RF频率与其 值等于第二RF信号的频率与第二中心频率之差(RF2-IF)的混频信号进行 混频从而将第二RF信号直接移到中频。在第三示例性实施例中，斩波器电路 对信号进行升采样以对第二模拟信号进行频移。可使用任意多种技术及其组合 以将RF信号频移到相应的频率。此外，RF信号可以是众多类型的信号和频率 中的任何类型。RF信号118、122的示例包括全球定位系统(GPS)信号和诸 如CDMA信号等蜂窝信号以及个人通信业务(PCS)信号。在某些情况下，模 拟信号104、106可包括正交信号的同相(I)分量和正交(Q)分量。

在对RF信号118、122进行频移和滤波之后，信号加法器124对要馈至 ADC 102中的模拟信号104、106加以组合。如上所解释地，ADC 102将信号 104、106转换成复合数字信号110。在示例性实施例中，数字低通滤波器(LPF) 126对复合数字信号110进行数字滤波以恢复出第一数字信号112。用于在数 字域中对数字信号110进行滤波的任意合适的技术都可用于对复合数字信号 110进行滤波以产生第一数字信号112。逆向偏移移频器128在数字域中对复 合数字信号110进行频移从而在基带处恢复出第二数字信号114。因此，逆向 偏移移频器128应用适当的数字处理以将第二数字信号114从第二中心频率 (IF)频移到基带。

图2是根据第一示例性实施例的多信号转换器200的框图。如上所解释地， ADC 102将包含模拟信号的两个RF信号118、122频移到两个不同的中心频 率、加以组合、以及进行处理。结果所得的复合数字信号110被数字地处理以 恢复出对应于模拟信号104、106的两个数字信号112、114。在此第一示例性 实施例中，移频器116包括信号混频器202和低通滤波器(LPF1)204，而偏 移移频器120包括信号混频器206和低通滤波器(LPF2)208。将第一RF信 号118与其频率(LO频率)与第一RF信号118的载波频率(RF1)相同的混 频信号210进行混频。相应地，信号混频器202将第一模拟信号104降混频到 基带。第一低通滤波器(LPF1)204对该信号进行滤波以去除任何高频镜像以 及任何高频噪声。将第二RF信号122与第二混频信号212——其频率导致第 二模拟信号频移到第二中心频率——进行混频。第二混频信号212的频率等于 RF2-IF，其中RF2是第二RF信号的载波频率而IF是大于0的第二中心频率。 相应地，第二信号混频器206的输出是中心频率等于IF的第二模拟信号106。 第二低通滤波器(LPF2)208去除任何高频镜像并最小化第二模拟信号106上 的噪声。合适的低通滤波器的示例包括单极模拟低通滤波器。信号104、106 由加法器124加以组合并由ADC 108进行处理。复合数字信号110被数字低 通滤波以恢复出第一数字信号112。在此第一示例性实施例中，逆向数字混频 器214在数字域中对该复合数字信号进行混频以将该数字信号频移到基带。另 一数字低通滤波器216对结果所得的经频移信号进行滤波以恢复出第二数字信 号114。因此，使用单个ADC 102就将多个模拟信号104、106同时转换成数 字信号112、114。

图3是根据第二示例性实施例的多信号转换器300的框图。在第二示例性 实施例中，偏移移频器120包括基带信号混频器206、低通滤波器304以及IF 信号混频器306。将第二RF信号122与等于第二RF信号116的频率(RF2) 的混频信号210进行混频以将第二模拟信号置于基带。低通滤波器304在IF 信号混频器306将基带信号混频到第二中心频率(IF)之前先最小化高频分量 和其它噪声。如上所解释的，IF频率的选择可基于模拟信号104、106的带宽、 ADC 102的量化噪声响应、以及接收到的信号的信号强度。如以上参考第一示 例性实施例所描述地将处于第二中心频率(IF)的第二模拟信号106与处于基 带的第一模拟信号104相组合并对其进行处理。

图4是根据第三示例性实施例的多信号转换器400的框图。如以上参考第 二示例性实施例所描述地将第二RF信号122混频到基带并进行滤波。斩波器 402将基带信号频移到IF中心频率(第二中心频率)。使用升采样技术，斩波 器402创建该基带信号以多个较高频率为中心的多个镜像。合适的斩波器402 的一个示例是通过以选择的周期将模拟信号的交替部分倒相来对基带模拟信 号进行倍频的电路。例如，可向基带信号应用诸如[ 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1]等的数列。 将参考图5来讨论结果所得的频谱的示例。在加法器124中加以组合并在ADC 102中进行处理之后，在逆斩波器214处接收该信号，逆斩波器214应用逆斩 波技术以在IF中心频率(第二中心频率)处恢复出第二数字信号。数字LPF 216 在数字域中对复合数字信号110进行滤波以去除不合需要的诸较高频分量和噪 声。如上所述地处理第一RF信号118和第一模拟信号104。

图5是根据第三示例性实施例的升采样信号的频谱的图解。图5中的示例 性功率谱曲线502是归一化升采样信号的以dB计的幅度，其中1等于采样频 率的一半。因此，将x轴乘以采样频率的两倍就得到以Hz计的实际频率。第 一镜像504是高于基带的经频移信号。第二镜像506是高于基带的重复信号， 其中斩波器的周期与镜像504、506的频率成反比关系。相应地，增大周期就 降低频率。在周期为[1 -1]的示例中，第一镜像504位于1.0处。模拟信号的第 一镜像出现在近似于图5的示例性图解中的归一化频率0.25处。

图6是ADC 102的示例性量化噪声谱602的图解。图6中的曲线602不 一定代表ADC 102的实际量化噪声谱，且不一定按比例。在示例性实施例中 的ADC 102具有随着频率而增大的量化噪声谱602。具有这样的特性的ADC 102的一个示例是Σ-Δ(总和-增量)模数转换器，在其中过采样通过降低量化 噪声来增大在较低频率处的动态范围。第一信号区域604界定第一模拟信号 104的预计频率范围和信号幅度。第二信号区域606界定处在IF中心频率的第 二模拟信号106的预计频率范围和信号幅度。通过选择适当的IF中心频率， 第二模拟信号就被置于该频谱内的在其中量化噪声低到足以能够处理第二模 拟信号但又允许模拟信号104、106两者能以极微的干扰来被处理的区域606 内。相应地，利用ADC 102将多个模拟信号转换成复合数字信号110，并对其 进行进一步处理以恢复出这些模拟基带信号的数字表达。图6中的示例性区域 606、604表示GPS信号和CDMA蜂窝信号的典型区域。本领域的技术人员将 能现成地将图6中的示例应用到其它类型的信号和ADC。

图7是适合利用多信号转换器400的接收机电路700的框图。参考接收机 电路700所描述的这些块的各种功能和操作可实现在任意数目的设备、电路、 或元件中。在某些情况下，这些功能块中的两个或多个可被整合在单个设备中， 且描述成在任何单个设备中执行的多个功能可实现在几个设备上。此外，电路 700可包括任意数目的如本领域技术人员所熟知的但是为了简明在图7中没有 示出的附加设备。

举例而言，接收机电路700可实现为诸如蜂窝电话或无线个人数字助理 (PDA)等移动通信设备的一部分。示例性接收机700接收来自包括CDMA 蜂窝系统、PCS系统和GPS系统的三个通信系统的信号。信号通过天线被接 收，并由天线共用器702分送给对应于不同通信系统的接收机链。每条接收机 链包括表面声波(SAW)滤波器704、706、708，它们在合需的收到信号被低 噪声放大器(LNA)710、712、714进行放大之前先对该信号进行限带并降低 落在特定频带外的收到能量。在某些情况下，可对经放大的信号进行进一步滤 波。

每条接收机链包括将混频信号722、724、726与传入的RF信号进行混频 的信号混频器716、718、720。混频信号722、724、726的频率(LO1、LO2、 和LO3)被选择成能够将诸RF信号频移到基带。PCS信号混频器716将经放 大和滤波的PCS信号与混频信号722进行混频以将该PCS信号频移到基带。 蜂窝信号混频器718将经放大和滤波的蜂窝信号与另一混频信号724进行混频 以将该蜂窝信号频移到基带。GPS信号混频器720将经放大和滤波的GPS信 号与第三混频信号726进行混频以将该GPS信号频移到基带。信号混频器716、 718、720是产生同相(I)分量和与I分量具有90度相位偏移的正交(Q)分 量的正交混频器。

低通滤波器728放行PCS信号的I分量和蜂窝信号的I分量，而另一低通 滤波器730放行蜂窝和PCS信号的Q分量。在斩波器将经滤波的信号升频移 到中频(IF)之前，GPS信号的I分量先由低通滤波器732进行滤波。在另一 斩波器738将GPS信号的Q分量向上频移到IF之前，另一低通滤波器734对 该Q分量进行滤波。

接收机电路700被配置成或与PCS信号或与蜂窝信号同时地接收GPS信 号。然而，示例性接收机电路700并不同时接收蜂窝信号和PCS信号。GPS I 分量或与蜂窝I分量或与PCS I分量在加法器740中被组合，并在AD C744中 被转换以形成复合数字I信号。GPS Q分量或与蜂窝Q分量或与PCS Q分量 在另一加法器742中被组合，并在另一ADC 746中被转换以形成复合数字Q 信号。

接收机前端748如上所讨论地处理每一复合数字信号以恢复出GPS数字I 分量信号和GPS数字Q分量信号。每个GPS信号分量都被频移到高于基带区 域604的信号区域606以允许能由单个ADC同时处理GPS和蜂窝(或PCS) 信号两者。由于GPS信号的信号电平较高，因此能将GPS信号定位在ADC 量化噪声谱中噪声比基带区域604高的区域606内。相应地，对于GPS信号 不需要附加的ADC。

图8是适合利用多信号转换器200的接收机电路800的框图。在示例性接 收机电路800中，GPS信号在被与蜂窝信号或PCS信号的Q分量信号组合之 前先被频移到IF频率。在由SAW滤波器708和GPS LNA 714进行滤波和放 大之后，GPS RF信号被频移到IF。GPS信号混频器720通过将GPS信号与等 于该GPS信号的中心频率(RF)减去IF频率的混频信号802进行混频来对 GPS信号进行频移。在将处于IF的GPS信号与PCS或蜂窝信号的Q分量在 加法器742中加以组合之前，低通滤波器804先降低诸较高频分量和噪声。在 某些情况下，可对低通滤波器804使用带通滤波器。因为GPS信号未被频移 到基带，所以GPS IF信号中出现I分量和Q分量两者。接收机前端748如以 上参考图2所描述地对信号进行处理以接收GPS数字信号。

图9是将多个模拟信号转换成数字信号的方法的流程图。虽然该方法可在 任意数目的硬件和软件配置中执行，但参照示例性多信号转换器100、200、300、 400来讨论此示例性方法。

在步骤902处，在ADC 102的输入处接收第一模拟信号和第二模拟信号。 第一模拟信号104具有第一中心频率而第二模拟信号106具有第二中心频率。 在示例性实施例中，第一RF信号118被频移到第一中心频率而第二RF信号 122被频移到第二中心频率，在此第一中心频率是0而第二中心频率是大于0 的IF频率。

在步骤904处，这些模拟信号104被转换成包含对应于第一模拟信号104 的第一数字信号和对应于第二模拟信号106的第二数字信号的复合数字信号 110。

在步骤906处，对该复合数字信号进行数字频移以在基带处恢复出第二数 字信号114。在示例性实施例中，通过对经频移的信号进行数字滤波来进一步 处理该复合信号。可通过逆向数字混频或通过逆斩波对复合数字信号110进行 频移。在示例性实施例中，通过对复合数字信号110进行数字滤波来恢复出第 一数字信号。

因此，在示例性实施例中，单个ADC 102对多个模拟信号104、106进行 转换。模拟信号104、106具有允许这两个信号被同时转换的不同中心频率。 数字滤波和频移恢复出对应于模拟信号104、106的数字信号112、114。

本领域的技术人员将了解，可使用各种各样不同的技术和技艺中的任一种 来表示信息和信号。例如，贯穿以上描述可能被引述的数据、指令、命令、信 息、信号、位、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场 或光粒子、或它们的任意组合来表示。

本领域的技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例来描述的各种 示例性逻辑块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或 两者的组合。为清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种示例性组件、块、 模块、电路、和步骤以其功能性的形式在上文进行了一般化描述。这样的功能 性是实现成硬件还是软件取决于具体应用和在整个系统上所加的设计约束。技 术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实 现决策不应被解释成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例所描述的各种示例性逻辑块、模块、和电路可用 通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程 门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组 件、或其设计成执行本文所描述功能的任意组合来实现或执行。通用处理器可 以是微处理器，但在替代方案中，该处理器可以是任意常规处理器、控制器、 微控制器、或状态机。处理器还可被实现为计算设备的组合，例如DSP与微 处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或 任意其它这样的配置。

结合本文所公开的实施例所描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在 由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在 RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存 器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM、或本领域中所知的任意其它形式的存储介 质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得该处理器可从/向该存储介质读取和 写入信息。在替代方案中，该存储介质可以是整合到处理器的。处理器和存储 介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端内。在替代方案中，处理器 和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端内。

显然，鉴于这些教导，本领域普通技术人员能轻而易举地想到本发明的其 它实施例和修改。以上描述仅是示例性的而非限制性的。本发明仅由所附权利 要求所限定，当结合说明书和附图来考虑时，权利要求书包括所有这样的实施 例和修改。因此，本发明的范围不应以上面的描述为准来确定，而是应代之以 所附权利要求随同它们的等效技术方案的完整范围为准来确定。