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D类音频功放DAC中插值滤波器的研究

2020-11-29阅读(837)

D类音频功放DAC中插值滤波器的研究

论文摘要

随着信息技术的快速发展和VLSI技术的不断进步,便携式电子产品如手机,MP3播放器,便携式游戏机的销量猛增,音视频已经进入了数字时代。作为数字信号处理的基本方法之一,数据转换和信号处理过程中数/模（D/A）,模/数（A/D）转换器的精度要求越来越高。相对于其他类型的数模转换器,基于Sigma-Delta调制方式的数模转换器不需要高精度和大规模的模拟元件就能达到很高的转换精度,其应用领域日益拓展,因此音频系统中DAC的设计成为人们广泛关注的研究热点。插值滤波器是Sigma-Delta数模转换器中的重要组成部分。本文介绍了过采样和量化,阐述了∑-Δ调制技术在D类功率放大器中的工作原理和一种基于二进制补码数到CSD编码的转换算法;接着从过采样DAC芯片中的数字插值滤波器原理入手,在深入研究半带滤波器和积分梳状滤波器原理和特性的基础上,设计了一个过采样率为128倍的插值滤波器。最后用Verilog HDL硬件描述语言对这种滤波器设计方法进行描述,并且在QuartusⅡ环境下进行了功能验证,结果正确,满足设计要求。整个设计采用了多级多采样率信号处理电路原理,由两级半带滤波器和四级积分梳状滤波器构成。其中的两级半带滤波器在系数实现上,采用基于CSD编码技术的常系数乘法器的实现方法,同时利用其冲激响应的对称性,改善了滤波器的速率、功耗等性能;CSD码是一种利用最少的非零比特位来表示符号数的编码技术,能有效地减少了硬件资源的占用。采用多级CIC滤波器代替单级结构,可以有效地增强对谐波的抑制,利用其积分器和梳状器相互抵消的特性,进一步减少了所需的硬件资源,从而降低成本。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景和意义
  • 1.2 国内外发展现状和研究方向
  • 1.3 本文主要研究内容与内容安排
  • 第2章 音频功率放大器
  • 2.1 音频功率放大器
  • 2.1.1 音频功率放大器的概述
  • 2.1.2 音频功率放大器的发展
  • 2.2 数字音频（D类）功率放大器的控制方式
  • 第3章 数据转换技术
  • 3.1 数模转换器的概况
  • 3.1.1 理想的数模转换器
  • 3.1.2 数模转换器的分类
  • 3.2 过采样DAC的基本结构
  • 3.3 信号的量化及量化噪声
  • 3.4 Σ-△调制技术
  • 3.4.1 过采样技术
  • 3.4.2 Σ-△调制器的噪声整形
  • 第4章 高效内插算法研究及插值滤波器设计
  • 4.1 插值滤波器的基本原理
  • 4.1.1 抽样率变换的时域考虑
  • 4.1.2 过采样滤波的理论分析
  • 4.2 插值滤波器的系统结构
  • 4.2.1 滤波器的选择
  • 4.2.2 多级插值滤波器的系统设计
  • 4.3 半带（halfband）滤波器
  • 4.3.1 半带滤波器的基本原理
  • 4.3.2 半带滤波器的设计
  • 4.4 CIC插值滤波器
  • 4.4.1 积分梳状滤波器的基本原理
  • 4.4.2 积分梳状滤波器的设计
  • 4.5 插值滤波器的设计
  • 第5章 硬件实现和FPGA功能验证
  • 5.1 系统的Verilog HDL描述
  • 5.2 硬件实现描述和行为级结果
  • 5.2.1 硬件实现描述
  • 5.2.2 行为级结果
  • 第6章 结论与展望
  • 6.1 全文工作总结
  • 6.2 今后工作展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间的研究成果

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