音频编解码芯片中的Sigma-Delta ADC的设计
发布时间：2021-01-29 04:32
基于过采样、噪声整形和数字降采样技术的Sigma-Delta ADC是高精度系统集成芯片中的关键部件,因其对电路的非理想因素不敏感,与VLSI技术相兼容,精度高,使用灵活等优点,已经成为当前高精度ADC的主流设计方向,被广泛应用于音频、测量和无线通信等领域。本论文主要研究和设计一种基于开关电容技术的18-bit音频编解码应用领域的Sigma-Delta A/D转换器。论文在深入理解了Sigma-Delta A/D转换器的基本原理上,对难度较大的单环高阶结构展开了系统的研究,设计了一种18-bit精度的四阶前馈型Sigma-Delta A/D转换器,主要成果概括如下:（1）在深入理解Sigma-Delta调制器基本原理的基础上,设计了一种四阶单环前馈型调制器,对影响调制器性能的主要非理想因素进行了详细讨论,并基于Maltlab/Simulink环境完成了调制器的系统级设计,结果表明所设计的调制器在非理想情况下具有-120.5d B的信噪比,完全满足18-bit ADC的性能要求。（2）采用开关电容技术设计了整个调制器的各组成模块,包括低功耗的AB类OTA、高速电压比较器、非交叠时钟电路和...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
用于智能语音控制的音频编解码芯片结构
图 2-1 Sigma-Delta A/D 转换器系统框图在图 2-1 所示的过采样 Sigma-DeltaA/D 转换器中，输入信号 Xi(t)首先经过前置抗混叠滤波器将输入信号限制在一定的带宽 fB之内，由于过采样频率为 fS的Sigma-Delta ADC 可采样范围（即 1/2fS）远大于输入信号带宽 fB，前置抗混叠滤波器的过渡带( fS 2fB)较宽，故可用一般的低阶模拟滤波器实现即可，大大简化了设计量。输入信号经过抗混叠滤波器的处理后进入调制器，经过调制器的过采样和噪声整形产生一个低精度高速率的粗略量化结果，该粗略量化结果通过数字部分的降采样低通滤波器滤除信号带宽外的噪声，并将输出采样频率降低到奈奎斯特频率，即可为后续的数字信号处理系统进行处理，另外，如果是采用开关电容技术实现的 Sigma-DeltaA/D转换器，无需采样保持电路[2]。2.2.1 过采样技术过采样技术指的是以远大于奈奎斯特频率的采样频率对输入的模拟信号进行信号采样，通常用过采样比 OSR(over-samplingrate)表示采样频率和奈奎斯特频率的比例关系如公式（2-5）所示： = S
图 2-2 过采样和奈奎斯特采样的量化噪声频率分布 位数字输出的 A/D 转换器对输入信号进行量化时，均会引入量化量化噪声，影响输出端的信号噪声比(SNR)。若采用奈奎斯特采样输出信噪比 SNR 为式(2-6)所示： (dB) = 6.02 + 1.76 过采样技术后再进行量化，则其输出信噪比 SNR 可表示为： (dB) = 12 + 12 + 20lg ( ) 见，采用过采样技术，除了简化 A/D 转换器的前置抗混叠滤波器，还可以有效提高信噪比。由式（2-7）可知，如果过采样比 OSR 增提高 3dB，有效位数可提高 0.5 个 bit。 噪声整形技术式 2-7 可知，仅仅使用过采样技术来降低有用信带内的量化噪声，的信噪比，从而达到提高分辨率的要求是不现实的。例如，若要从获得18-bit的分辨率（即其SNR为 110dB），需要的过采样比OSR为
【参考文献】：
期刊论文
[1]Delta Sigma调制器非理想因素建模[J]. 雷铭,刘占领,代小伍,邹雪城. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(04)
[2]高速4阶Sigma-Delta调制器系统级设计及行为级仿真[J]. 顾奇龙,孟桥,高彬. 电子器件. 2008(02)
[3]基于0.18μm CMOS工艺的超高速比较器[J]. 高彬,孟桥,沈志远. 微电子学. 2007(04)
[4]∑Δ调制器输出码流FFT谱分析的探讨[J]. 陈建球,许俊,任俊彦. 微电子学与计算机. 2007(05)
[5]基于CSD算法的高阶FIR滤波器优化设计[J]. 李虎虎,罗丰. 雷达科学与技术. 2006(06)
[6]低踢回噪声锁存比较器的分析与设计[J]. 程剑平,魏同立. 微电子学. 2005(04)
[7]一种开关电容积分器的设计[J]. 陈晓明,邹雪城,周云明. 计算机与数字工程. 2004(06)
[8]一种用于过采样Σ-ΔA/D转换器的抽取滤波器[J]. 黎骅,李冬梅,李福乐,王志华. 微电子学. 2004(06)
[9]Σ-ΔADC调制器中的模拟电路设计[J]. 杨宏,盛世敏. 北京大学学报(自然科学版). 2003(05)
博士论文
[1]高性能∑△模数转换器设计[D]. 易婷.复旦大学 2002
硕士论文
[1]基于Sigma-delta调制技术的16位音频ADC的设计和实现研究[D]. 薛静.西安电子科技大学 2008
[2]Sigma-Delta ADC中抽取滤波器的研究与实现[D]. 蔡友.浙江大学 2007
[3]Σ-ΔA/D转换器设计与仿真[D]. 卢怡婵.北京交通大学 2007
本文编号：3006278
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
用于智能语音控制的音频编解码芯片结构
图 2-1 Sigma-Delta A/D 转换器系统框图在图 2-1 所示的过采样 Sigma-DeltaA/D 转换器中，输入信号 Xi(t)首先经过前置抗混叠滤波器将输入信号限制在一定的带宽 fB之内，由于过采样频率为 fS的Sigma-Delta ADC 可采样范围（即 1/2fS）远大于输入信号带宽 fB，前置抗混叠滤波器的过渡带( fS 2fB)较宽，故可用一般的低阶模拟滤波器实现即可，大大简化了设计量。输入信号经过抗混叠滤波器的处理后进入调制器，经过调制器的过采样和噪声整形产生一个低精度高速率的粗略量化结果，该粗略量化结果通过数字部分的降采样低通滤波器滤除信号带宽外的噪声，并将输出采样频率降低到奈奎斯特频率，即可为后续的数字信号处理系统进行处理，另外，如果是采用开关电容技术实现的 Sigma-DeltaA/D转换器，无需采样保持电路[2]。2.2.1 过采样技术过采样技术指的是以远大于奈奎斯特频率的采样频率对输入的模拟信号进行信号采样，通常用过采样比 OSR(over-samplingrate)表示采样频率和奈奎斯特频率的比例关系如公式（2-5）所示： = S
图 2-2 过采样和奈奎斯特采样的量化噪声频率分布 位数字输出的 A/D 转换器对输入信号进行量化时，均会引入量化量化噪声，影响输出端的信号噪声比(SNR)。若采用奈奎斯特采样输出信噪比 SNR 为式(2-6)所示： (dB) = 6.02 + 1.76 过采样技术后再进行量化，则其输出信噪比 SNR 可表示为： (dB) = 12 + 12 + 20lg ( ) 见，采用过采样技术，除了简化 A/D 转换器的前置抗混叠滤波器，还可以有效提高信噪比。由式（2-7）可知，如果过采样比 OSR 增提高 3dB，有效位数可提高 0.5 个 bit。 噪声整形技术式 2-7 可知，仅仅使用过采样技术来降低有用信带内的量化噪声，的信噪比，从而达到提高分辨率的要求是不现实的。例如，若要从获得18-bit的分辨率（即其SNR为 110dB），需要的过采样比OSR为
【参考文献】：
期刊论文
[1]Delta Sigma调制器非理想因素建模[J]. 雷铭,刘占领,代小伍,邹雪城. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(04)
[2]高速4阶Sigma-Delta调制器系统级设计及行为级仿真[J]. 顾奇龙,孟桥,高彬. 电子器件. 2008(02)
[3]基于0.18μm CMOS工艺的超高速比较器[J]. 高彬,孟桥,沈志远. 微电子学. 2007(04)
[4]∑Δ调制器输出码流FFT谱分析的探讨[J]. 陈建球,许俊,任俊彦. 微电子学与计算机. 2007(05)
[5]基于CSD算法的高阶FIR滤波器优化设计[J]. 李虎虎,罗丰. 雷达科学与技术. 2006(06)
[6]低踢回噪声锁存比较器的分析与设计[J]. 程剑平,魏同立. 微电子学. 2005(04)
[7]一种开关电容积分器的设计[J]. 陈晓明,邹雪城,周云明. 计算机与数字工程. 2004(06)
[8]一种用于过采样Σ-ΔA/D转换器的抽取滤波器[J]. 黎骅,李冬梅,李福乐,王志华. 微电子学. 2004(06)
[9]Σ-ΔADC调制器中的模拟电路设计[J]. 杨宏,盛世敏. 北京大学学报(自然科学版). 2003(05)
博士论文
[1]高性能∑△模数转换器设计[D]. 易婷.复旦大学 2002
硕士论文
[1]基于Sigma-delta调制技术的16位音频ADC的设计和实现研究[D]. 薛静.西安电子科技大学 2008
[2]Sigma-Delta ADC中抽取滤波器的研究与实现[D]. 蔡友.浙江大学 2007
[3]Σ-ΔA/D转换器设计与仿真[D]. 卢怡婵.北京交通大学 2007
本文编号：3006278
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