[实用新型]模拟数字转换的位元扩展系统

说明书

技术领域

本实用新型关于一种模拟数字转换的位元扩展系统，尤指一种整体系统架构较精简且成本较低的模拟数字转换位元扩展系统。 

背景技术

中频信号（Intermediate frequency，IF）主要是指一信号源经过与本地震荡信号混波（mixing）后所产生，其主要是用来将该信号源升频或降频至特定的频率。在接收端接收后，必须将将接收的信号源采用降频的方式降至中频信号后，再进行信号分析工作。 

具有信息撷取功能的电子装置，如频谱分析仪等，在中频信号的传输过程中，多半会使用一个模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）将模拟中频信号的电压转换为功率并加以量化后输出数字数据，而输入弦式（sinusoidal）波形的峰值电压对功率的转换公式为：P=20×log(V)+10（此式是以相对50ohm系统而言，且V为峰值电压），因此，输入电压值与模拟数字转换器量化出来的功率值会成对数（logarithm）关系，如图6所示，由图中的对数曲线中可看出，对数曲线的斜率随电压值减小而增加，因此电压值较小的信号，其相同的电压差值经过功率量化后，对应到的功率差值较大，如以下表格所示： 

  电压值(伏特)  功率值(dBm)   V=1  P=10   V=2  P=16   V=3  P=19.5   V=4  P=22

当电压值由1伏特升至2伏特时，功率值差为6dB；电压值由2伏特升至3伏特时，则功率差值为3.5dB；因此，若要降低由线性电压转换至对数轴的功 率所产生的转换误差，最佳的方式就是在电压轴上做最细腻的量化，这意味着模拟数字转换器的位元数必须提高；另外，要尽量避免使用到电压项化后的最小几个值，因为由上表格可知，最小的几个电压值会造成较大的功率差值。 

因为模拟数字转换器输出数字数据的位元数受限于其取样频率的高低，现有的技术中，取样频率高到足够用于对中频信号取样量化的模拟数字转换器，最多只能输出12位元至16位元的数字数据，而且价格都相当昂贵。以16位元的模拟数字转换器来说，理论上可提供约16×6.02＝96.32dB的动态范围（dynamic range，及最大可表式的数字与最小的可示的数字的范围），对于一个设计满足100dB动态范围的频谱分析仪而言，此位元数目看似足够，但是对照前述所提及的，此96.32dB的范围必须全部被使用，才能提供接近100dB的动态范围，所以必定会用到最小几个电压量化值，便会在该处产生较大的功率差异值，而我们可推算，若最大的功率转换误差设定为0.22dB，则必须要一个有23位元的模拟数字转换器才可实现。故现在已提出一种模拟数字转换的位元扩展系统，其主要原理是将电压值小的模拟信号先放大再输入至模拟数字转换器中，如图6所示的四种不同倍率，再由模拟数字转换器取样量化，并依据放大倍率右移数字数据数个位元，以达到扩展位元，提高测量精密度。