[發明專利]一種改進型低失真Sigma-Delta調制器

有效

• 申請號: 202110229906.0
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112953533B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 劉博;王閣藩;黃志慧;王金嬋;劉敏;張雷鳴
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H03M1/06
• 分類號: H03M1/06;H03M1/12
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 時亞娟

本發明涉及一種改進型低失真Sigma?Delta調制器，屬于小數分頻頻率技術領域，所述調制器的工作過程為：所述輸入信號與輸出信號通過第一加法器相減作差；所述第一加法器的輸出結果與所述第一積分器模塊級聯；所述第一積分器模塊與第二積分器模塊級聯；所述輸入信號經4倍放大后的輸出端連接到第二加法器；所述第一積分器和第二積分器的輸出都加到第二加法器，所述輸出信號v放大3倍后反向加到第二加法器；第二加法器輸出經過量化器輸出輸出信號v。本發明結構簡單，具有一定的噪聲整形能力，其中的Sigma?Delta調制器的積分器與輸入信號值無關。

技術領域

本發明涉及小數分頻頻率技術領域，尤其涉及一種改進型低失真Sigma-Delta調制器。

背景技術

為了將各種模擬世界的信號，如聲音、圖像等物理量變成數字信號進行處理，需要用到模數轉換器(ADC)，而模數轉換器的中低速、高精度低失真的ADC首選Sigma-DeltaADC，而Sigma-Delta ADC最核心的部分是調制器，Sigma-Delta調制技術經過多年的發展，現已成為超大規模集成電路(VLSI)系統中實現高性能模數轉換接口電路的主流技術之一。以Sigma-Delta調制技術為核心的數據轉換器，主要運用過采樣技術和噪聲整形技術，把量化過程產生的量化噪聲移到感興趣的頻帶外，進而顯著地提高轉換器的信噪比。簡而言之，Sigma-Delta調制器用以將一時間上連續，幅度也連續的輸入信號轉換成一個離散時間，離散幅度的輸出序列。

一些學者對行為級建模提出了一些解決方案，通過在Matlab/Simulink平臺搭建調制器的行為級模型。這一思想首先在1999年被S.Brigati等人提出。通過Simulink標準庫模塊的連接來實現調制器的建模，過程特別直觀，對于系統級的評估很有效果。在2003年P.Malcovati等人的研究使得利用Simulink建模的思路被廣泛采用，在研究中，他們對大部分的理想特性和非理想特性進行了研究，并用Simulink仿真節約了仿真時間，對實際的Sigma-Delta調制器的參數設計起到很大的指導作用。

最簡單、無條件穩定的Sigma-Delta調制器便是一階噪聲整形實現的單環調制器。它由一個積分器、一個一位的量化器和一個1位的DAC組成。輸入信號U，與輸出信號v經DAC轉換后的信號相減，經積分器積分后進入量化器。其最大的信噪比為：SQNR_max(db)＝6.02N+1.76+30log₁₀(OSR)-10log₁₀(π²/3)，所以只有較大的提高調制器的過采(OSR)才能獲得比較高的量化信噪比，這對于低頻輸入信號是可行的，但對于頻率比較高的信號而然，隨著采樣率的大幅提高，勢必極大的增加采樣頻率，這就增加了調制器設計的難度。故一階調制器僅用于低頻信號領域。而對于二階單環調制器，H(Z)表示理想積分器的Z域線性模型，表達式為H(Z)＝z^-1/(1-z^-1)，二階sigma-delta調制器的Z域線性模型的信號傳輸函數為z^-2量化噪聲的傳輸函數為(1-z^-1)²即信號進行了延遲，噪聲被2次整形。

發明內容

為了簡化積分器結構，本發明對二階單環調制器進一步改進，提供了一種改進型低失真Sigma-Delta調制器，在實現與二階單環調制器相同的效果的同時，簡化了結構，即調制器的傳遞函數比二階單環調制器更簡單。

為了實現上述目的，本發明采用的具體方案為：