基于Sigma-delta调制技术的16位音频ADC的设计和实现研究

论文摘要

本文对基于过采样和噪声整形的∑-△调制技术进行了深入的研究,在理论分析和计算机仿真的基础上得出了一些有意义的结论,并以16位的精度要求为例给出了此类音频ADC的完整的正向设计方案。在具体的设计过程中,核心是完成高阶调制器的设计。我们首先对调制器的线性模型进行讨论、并推导了调制器系数与噪声传输函数的关系;接着我们用巴特沃兹高通滤波器逼近来求解调制器系数,包括:选择极点和合适的带外增益从而达到稳定性和动态范围的要求、优化传输函数的零点分布以提高基带信噪比、改变信号传输函数的环路增益以达到大的输入信号范围、为了消除闲音的影响增加抖动电路以及用根轨迹法对调制器稳定性进行验证等等。在完成了高阶调制器的设计之后我们提出了用梳状滤波器和半带滤波器级联来完成降采样滤波的方案,具体分析了这两种滤波器的原理、特性以及设计过程,并介绍了对半带滤波器的系数进行CSD编码以降低功耗和面积的原理和实现方法。使用matlab对上述方案进行仿真,结果表明我们的输出信号可以达到110dB以上的信噪比,这为模拟器件和实现过程的非理想特性提供了足够的裕量,完全可以满足16位音频ADC的精度要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 论文的主要工作
• 第二章 Σ-ΔADC的结构和关键技术
• 2.1 传统ADC的工作原理
• 2.2 Σ-ΔADC的结构和关键技术
• 2.2.1 过采样
• 2.2.2 噪声整形
• 2.2.3 数字降采样滤波
• 2.3 Σ-ΔADC的性能指标和设计要点
• 2.3.1 Σ-ΔADC的性能指标
• 2.3.2 Σ-ΔADC的设计要点
• 2.4 本章小结
• 第三章 Σ-Δ调制器的结构设计和稳定性分析
• 3.1 Σ-Δ调制器的工作原理
• 3.2 Σ-Δ调制器的系数设计过程
• 3.2.1 选择合适的系统参数和实现结构
• 3.2.2 调制器系数与噪声传输函数的关系
• 3.2.3 噪声传输函数的极点选择
• 3.2.4 噪声传输函数的零点优化
• 3.2.5 调制器系数的最终生成过程
• 3.3 Σ-Δ调制器的稳定性分析
• 3.3.1 调制器稳定性问题的提出
• 3.3.2 用根轨迹法对调制器的稳定性进行判断
• 3.3.3 两种增强调制器稳定性的方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 数字降采样滤波器的设计与实现研究
• 4.1 降采样滤波器的设计要点分析
• 4.2 梳状滤波器的原理和设计过程
• 4.3 半带滤波器的原理和设计过程
• 4.3.1 半带滤波器与普通FIR滤波器的关系
• 4.3.2 半带滤波器的工作原理
• 4.3.3 半带滤波器的设计过程
• 4.3.4 应用CSD编码对半带滤波器的实现进行简化
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果