[發明專利]一種基于FPGA的Sigma-Delta調制器

在審

• 申請號: 201711210994.X
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108123719A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 戈立軍;趙瑞君;李曉穎;趙瀾
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及了一種基于FPGA的Sigma?Delta調制器，屬于跳頻與擴頻通信技術領域，該改進結構的目的是針對傳統MASH結構在量化噪聲時出現的高延時問題，采用簡化一級結構與反饋引入的方式，減小延時，降低量化噪聲的影響。本發明的技術特征在于：在第二級結構中引入兩個前饋，使得第一級結構中數字濾波器結構簡化。從電路的角度上分析降低了結構復雜度。本發明通過對結構的分析，改進的MASH結構減少了時延對有用信號的干擾，進一步提高噪聲整形效果。

技術領域

本發明屬于跳頻與擴頻通信技術領域，涉及一種改進MASH結構的Sigma-Delta調制器。

背景技術

過采樣轉換器利用現代超大規模集成電路高速、高集成度的優點，以較低成本實現較高的精度，因此過采樣轉換器逐漸成為數據轉換器的主流產品。

Sigma-Delta調制器自1962年Inose提出之后，首次應用于噪聲整形中，系統電路包含了連續時間積分器和施密特觸發器，分別實現積分器和量化器的作用。經過多年的發展，Sigma-Delta調制器也產生了許多新型結構，包括高階多比特量化Sigma-Delta調制器，多級噪聲整形(multi-stage noise shaping，MASH)結構調制器及帶通Sigma-Delta調制器等。Sigma-Delta調制技術能夠實現高精度的數模轉換，因此廣泛應用于語音處理、電子測量、幅度調制及頻率合成等多個領域。

Sigma-Delta調制器是Sigma-Delta數據轉換器的關鍵結構，它決定著轉換器的精度和速度。因此對Sigma-Delta調制器結構，很多學者進行了大量研究。早期Sigma-Delta調制器運用量化噪聲整形技術來抑制有用信號在低頻處的量化噪聲，并把大部分的量化噪聲推到高頻帶內，然后用濾波器將信號帶外的量化噪聲濾除。單環高階Sigma-Delta調制器是在低階環路的前向通路中級聯多個積分器，優點是改善了量化噪聲整形的效果，并提高了調制器的信噪比，缺點是穩定性差。

級聯高階Sigma-Delta調制器由基本調制器結構級聯而成，這種結構被稱為多級噪聲整形結構，它可以避免不穩定現象的出現，同時又可以實現高階的噪聲整形。低階的調制器穩定性好，所以由低階調制器級聯而成的MASH結構自然擁有良好的穩定性，并且在相同階數下，MASH結構比單環高階Sigma-Delta調制器結構有更大的動態范圍，更高的有效位數。

MASH結構通常是將幾個低階調制器結構進行級聯，前一級產生的量化噪聲作為后一級的輸入信號，最后把每一級輸出進行整合和處理用來抵消除最后一級以外的量化噪聲，并對最后一級的量化噪聲進行高階整形。圖1為一種比較典型而實用的MASH結構，圖中MASH結構由上下兩級組成，每級都由二階單環調制器構成。以Y₁、Y₂為分界線，左側模擬部分為兩個二階單環調制器結構，右側數字部分為噪聲抵消單元，作用是抵消除最后一級的量化噪聲，故調制器最終輸出只包含最后一級的量化噪聲。在此MASH結構中，避免了把第一級結構中量化器輸出與輸入的差作為第二級結構輸入的繁瑣，而是從一級結構中引出三個模擬信號進行疊加作為二級結構的輸入，降低了量化器外圍電路的復雜度。該MASH結構在量化噪聲消除方面有一定的優勢，但在有用信號時延方面仍存在不足。

發明內容

本發明的目的是針對傳統MASH結構在量化噪聲時出現的高延時問題，采用簡化一級結構與反饋引入的方式，通過改進傳統MASH結構，提出了一種改進MASH結構的Sigma-Delta調制器。該調制器降低了結構的復雜度，減少了時延對信號的影響，提高了噪聲整形效果。

為了達到以上效果，在第二級結構中引入兩個前饋，使得改進MASH結構的Sigma-Delta調制器將第一級結構中數字濾波器結構簡化。

經過改進的MASH結構，在二級結構中加入了兩個前饋結構，簡化了第一級結構中的濾波器結構，從電路的角度上分析降低了結構復雜度。通過對結構的分析，改進的MASH結構減少了時延對有用信號的干擾，進一步提高噪聲整形效果。