具預先偵測動態量化器之設計想法

由於本論文所應用的頻寬為處理聲音的訊號，所以輸入訊號頻率相對較低。

另一方面，因為取樣頻率相對於輸入訊號頻率來的快，使得相臨二組取樣的訊號 振幅值相近，所以在量化過程中得到的量化位階必定是相臨的位階。換句話說，

可以看成每組量化前的訊號為固定值加上變動值的量化位準，假如能夠預先知道 固定值進而對變動值做細部量化，則可使系統的量化雜訊大幅的降低。如圖4-1 所示，其中N 為量化器的量化位階數，LSB 為最小有效位元，圖 4-51(a)為使用 傳統快閃式量化器的量化方式，量化器必需從最低的量化位階量化到最高的量化

位階，此舉會產生多餘的量化動作，而圖4-51(b) 可把每組量化位階看成固定值 NP×d 與變動值 ND×d 相加訊號的表示方式，圖 4-51 (c)為在已知的輸入訊號趨勢 的前提下，對變動的輸入訊號做精細的量化輸出。明顯可以知道後者比前者能省 下不少的電路元件與功率消耗。

(a) (b) (c) 圖4-1 動態量化器產生的動機

在本篇論文中，在不增加調變器階數以及比較器的前提下，提出了一個具有 預先偵測機制的動態量化器[21]，藉由改變輸出量化組成來實現低位元數高解析 度的三角積分調變器。此動態量化器的特性為一個具有改變參考電壓的量化器 [22]，藉由輸入信號的預先偵測，使得一個 3 位元的量化器能達到 37 個量化位階 的高解析度量化特性，有效提升三角積分調變器的整體性能。與傳統量化器架構 比較，本論文使用不到一半的比較器個數，在不降低量化器精確度的前提下，用 以達到相同輸出的解析度。

4.3.1 動態量化器操作想法

量化器所量化的位階大小除了與比較器的個數成反比外，還與參考電壓的大 小有關。若量化器所採用的正負參考電壓之間的電壓差越小，所得到的量化位階

N，就會越小，如式 4-1 所示:

Δ 2 1

Vrefp Vrefn

N N

 

 for N > 1 (4-1)

其中，N 為位元數，分母代表比較器的使用個數。然而，實際上由於訊號雜訊比 的考量，通常不會希望訊號的擺幅太小。因此，在應用上若要有較佳的性能，就 需要增加比較器的個數來完成高位元的量化，降低量化雜訊的功率。但可預見 的，消耗功率將會大幅地增加。

為了得到高性能的三角積分調變器，在本論文中提出動態量化器的概念，如 圖4-2 所示。粗體黑色訊號為系統的輸入訊號，虛線步階訊號為預先偵測器偵測 出輸入訊號的位準，細體步階訊號為動態量化器對輸出做精密的量化結果。其中 Qx代表動態量化器。

圖4-2 動態量化器具有可變動的正負參考電壓 Vpx及Vnx

為了降低量化雜訊的功率，所以讓量化器的正負參考電壓之間的差值很小，

Vpx-Vnx，其中x=1,2,…,8，操作方式可分為三個步驟來完成。首先，輸入訊號會 先傳送到偵測器並粗略地偵測出輸入訊號的位置，再來模組選擇器會隨著偵測器 的輸出訊號選擇一組特定的控制訊號，用以訂制出動態量化器新的參考電壓準 位。最後，動態量化器根據新的參考電壓而操作在輸入訊號附近，並開啟三角積 分調變器量化的功能，隨即產生精密的量化輸出。由上述三個步驟即可完成使用 低位元的量化器完成高位元所產生的精密量化輸出結果。

4.3.2 動態量化器原理架構圖

免誤判反而造成訊號解析度下降。同時，也由於可量化範圍重疊的加入，使得整