[发明专利]用于优化数模信号路径中的动态范围的电路和方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域。更具体地，本发明涉及具有数模信号路径的集成电路。

背景技术

在具有数模信号路径的集成电路或系统中，动态范围是一个重要的度量。这样的电路或系统的一个示例是数字音频回放设备，诸如mp3播放器、CD播放器或移动电话。这样的回放设备具有如下所述的用于将以数字方式存储或传输的数据转换为可用的模拟信号的部件。动态范围(DR)是诸如音频信号幅度之类的可改变量的最小和最大可能值之间的比率。典型地，将DR作为比率而测量，该比率诸如10基(分贝)或2基(倍增(doubling)、比特或挡位(stop))对数值。在包括数字音频回放的大多数电系统中，分贝测量是标准。例如，16位光盘具有大约96dB的理论动态范围。具有20位数字化的数字音频具有大约120dB DR的能力；类似地，24位数字音频计算为大约144dB DR。在音频回放系统中，惯例是将DR作为相对于-60dB输入信号的全范围的总谐波失真加噪声(THD+N)来测量。进一步地，近似理论最大DR值有时相对于全Nyquist频率带宽测量来计算。在一些测量技术中，所测量的带宽被从Nyquist率减少到可听带宽，从而导致所报告的动态范围值的增加。并且，所测量的输出的频谱可以使用可能变更DR值的工业接受的滤波器来变更。例如，一些测量技术通过对人耳的感知响应进行近似的A加权滤波器来对输出进行滤波。

传统地，数字音频记录和回放链包括输入和输出转换器和相关联的模拟电路，其可能导致在理论最优之下的显著有限的实际DR。当音频路径中的多个电路分别贡献在-96dB水平的集成噪声时，所观察的16位DR可能显著更低，甚至是90dB或以下。当期望的信号水平低时，DR测量是对信号质量的有用的指示。在音频示例中，轻音乐或低音量音乐可能相比大声的音乐更遭受不良DR的影响之害。

图1示出了可能具有受限DR性能的这样的现有技术数模信号路径100。数字输入数据110耦合到数字增益块120。数字输入数据110可以是由天线接收的数字传输、存储器中的所存储的数字数据、或任何其他数字输入源。注意到以下是重要的：数字源不一定限于音频数据，而是可以是任何类型的量化的或数字的信息。在实际中，数字输入数据110被建模为数字输入数据110和由信号的量化性质造成的固有量化噪声112的组合。在图1中，量化噪声112被示出为与数字输入数据110相加，但注意到以下是重要的：不存在物理的加法器115。相反，加法器115仅仅表示不可避免的量化噪声112的添加。数字增益120在整体信号仍然处于数字状态时控制整体信号的增益。用于提供数字输入数据110的典型的信号源可以经由解串化的IC间声音(I2S)总线、SPDIF解帧(de-framed)信号源、或来自压缩MP3格式源的时域恢复信号。源数据典型地被插值以改进瞬态信号质量。数字增益120典型地通过使用通用的数字乘法器的操纵来在整体信号仍然处于数字状态时控制整体信号的增益。过多的数字增益可能导致数字码中的溢出，这将典型地是截幅受限的，并且将不期望地劣化大幅度信号。