Sigma-Delta调制型D类功率放大器设计
发布时间：2021-12-19 18:23
数字功放作为数字化发展史上的一条重要分支,凭借其良好的抗EMI性能、稳定的工作模式以及低损耗、超高效的输出特性,极大的推动了工程技术的发展,早已被广泛应用于视音频领域、声呐探测、射频调制及测井传输系统中。然而数字功放的核心在于开关脉冲信号的调制模式上。本文在充分查阅相关文献资料的基础上,针对现有的脉冲调制模式存在精度低、抗EMI性能差等方面的不足,提出了一种将常用于D/A芯片设计领域的Sigma-Delta调制算法应用到D类功放中的全数字调制方案,使得系统可以不进行D/A变换就能直接将数字信号调制输出。研究内容如下:本文首先对功率放大器的分类及其调制技术的发展历程做了介绍。在分析数字功放基本调制模型的基础上,重点对Sigma-Delta调制进行了理论分析。然后对Sigma-Delta调制体系中影响调制系统信噪比的过采样技术及噪声整形技术进行了理论分析及数学推导。其次,分别对Sigma-Delta调制算法中采用的数字上变频结构及Sigma-Delta调制器模块的稳定性能进行了理论分析。提出了采用HB插值滤波器级联CIC插值滤波器结构的数字上变频方案,并进行参数标定。对高阶Sigma-De...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
五阶1bit量化CIFB拓扑结构的Sigma-Delta调制器模型
图 3-26 Sigma-Delta 调制系统 Simulink 数学模型至此，经过 Simulink 建模分析，Sigma-Delta 调制系统各项功能指标均已经达到，从系统功能上看，该调制系统可以等效于 Sigma-Delta 型 DAC 芯片的功能。最终在Simulink 平台仿真下可以实现一个设计精度为 17.16 bit 左右的 Sigma-Delta 调制系统。3.5 本章小结本章在对数字上变频部分数字插值滤波器原理进行详细分析的基础上，对插值滤波系统中的 2 级 HB 插值器及 CIC 插值器分别进行了详细的参数设计及 Simulink仿真。分析了单 bit 量化调制器的稳定性问题，最后通过 Delta-Sigma-Toolbox 工具来对调制器系统进行设计优化。设计了一款五阶 1 bit 量化 CIFB 结构的 Sigma-Delta调制器。最终调制系统在 Simulink 仿真下能够达到 17.16 bit 左右的精度。
第 4 章 Sigma-Delta 调制系统的 FPGA 设计本文第 1 级 HB 滤波器需要对输入的 ast_sink_data=16 bit 的信号进行 2 倍过采样。为了保证输出精度，模块输出信号 ast_source_data 配置为全精度的 32 bit 输出。HB 滤波器采用分布式算法结构以节省器件逻辑资源。将设计的滤波器系数 COE 文件通过 Edit Coefficient Set 导入 IP 核，并将滤波器的系数量化为 16 bit 的精度。设计可达到与 Matlab 设计时相近的衰减要求。IP 核的具体配置参数如图 4-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高速高精度AB类全差分运算放大器的设计[J]. 张镇,王雪原,冯奕. 电子与封装. 2019(04)
[2]4GS/s-12bit ADC内置数字下变频器（DDC）的ASIC实现[J]. 薛金鑫,马崇鹤,周磊,吴旦昱,武锦. 微电子学与计算机. 2019(01)
[3]声波远探测测井仪发射电路的优化实现[J]. 贺洪斌,晁永胜,汪正波. 应用声学. 2018(02)
[4]Welch功率谱估计中窗函数的选择与算法分析[J]. 邢晓晴,朱根民. 计算机时代. 2018(02)
[5]基于Verilog HDL的功率开关器件控制信号死区时间设置[J]. 姚景远,朱忠尼,宋庆国,张简威. 空军预警学院学报. 2017(04)
[6]声呐发射机中D类功率放大器的设计[J]. 车贺宾,江鹏. 电声技术. 2017(02)
[7]等波纹线性相位FIR滤波器设计与实现[J]. 方献更. 计算机与数字工程. 2016(12)
[8]高效D类音频功率放大器在汽车上的应用[J]. 鲍明庆,王赟. 汽车电器. 2015(12)
[9]射频与微波功率放大器的分类研究现状[J]. 吴淘锁,邬海峰. 物联网技术. 2015(12)
[10]基于ModelSim的自动化逻辑验证平台设计[J]. 黄伊楠,谢育. 电子技术与软件工程. 2015(07)
博士论文
[1]高性能带通∑△模数转换器芯片研究与实现[D]. 曹天霖.浙江大学 2017
[2]UPWM型数字D类音频功放关键技术研究[D]. 于泽琦.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]高精度sigma-delta DAC中数字ASIC的设计[D]. 栾勃.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于FPGA的D类音频功率放大器的设计[D]. 朱亮.西安电子科技大学 2017
[3]D类音频功率放大器的研究与设计[D]. 杨力.电子科技大学 2016
[4]Sigma-Delta DAC数字调制器研究、设计及FPGA实现[D]. 马霄伟.中国科学技术大学 2015
[5]FPGA时序收敛分析及仿真[D]. 钱鹏.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[6]FPGA静态时序分析的研究与实现[D]. 许天一.哈尔滨工业大学 2014
[7]一种扩频通信收发系统硬件方案设计与设备集成[D]. 孙煜丰.北京大学 2014
[8]基于压缩感知的语音信号编码技术研究[D]. 沈丹丹.南京邮电大学 2012
[9]D类音频功放DAC中插值滤波器的研究[D]. 徐燕.南昌大学 2008
本文编号：3544847
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
五阶1bit量化CIFB拓扑结构的Sigma-Delta调制器模型
图 3-26 Sigma-Delta 调制系统 Simulink 数学模型至此，经过 Simulink 建模分析，Sigma-Delta 调制系统各项功能指标均已经达到，从系统功能上看，该调制系统可以等效于 Sigma-Delta 型 DAC 芯片的功能。最终在Simulink 平台仿真下可以实现一个设计精度为 17.16 bit 左右的 Sigma-Delta 调制系统。3.5 本章小结本章在对数字上变频部分数字插值滤波器原理进行详细分析的基础上，对插值滤波系统中的 2 级 HB 插值器及 CIC 插值器分别进行了详细的参数设计及 Simulink仿真。分析了单 bit 量化调制器的稳定性问题，最后通过 Delta-Sigma-Toolbox 工具来对调制器系统进行设计优化。设计了一款五阶 1 bit 量化 CIFB 结构的 Sigma-Delta调制器。最终调制系统在 Simulink 仿真下能够达到 17.16 bit 左右的精度。
第 4 章 Sigma-Delta 调制系统的 FPGA 设计本文第 1 级 HB 滤波器需要对输入的 ast_sink_data=16 bit 的信号进行 2 倍过采样。为了保证输出精度，模块输出信号 ast_source_data 配置为全精度的 32 bit 输出。HB 滤波器采用分布式算法结构以节省器件逻辑资源。将设计的滤波器系数 COE 文件通过 Edit Coefficient Set 导入 IP 核，并将滤波器的系数量化为 16 bit 的精度。设计可达到与 Matlab 设计时相近的衰减要求。IP 核的具体配置参数如图 4-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高速高精度AB类全差分运算放大器的设计[J]. 张镇,王雪原,冯奕. 电子与封装. 2019(04)
[2]4GS/s-12bit ADC内置数字下变频器（DDC）的ASIC实现[J]. 薛金鑫,马崇鹤,周磊,吴旦昱,武锦. 微电子学与计算机. 2019(01)
[3]声波远探测测井仪发射电路的优化实现[J]. 贺洪斌,晁永胜,汪正波. 应用声学. 2018(02)
[4]Welch功率谱估计中窗函数的选择与算法分析[J]. 邢晓晴,朱根民. 计算机时代. 2018(02)
[5]基于Verilog HDL的功率开关器件控制信号死区时间设置[J]. 姚景远,朱忠尼,宋庆国,张简威. 空军预警学院学报. 2017(04)
[6]声呐发射机中D类功率放大器的设计[J]. 车贺宾,江鹏. 电声技术. 2017(02)
[7]等波纹线性相位FIR滤波器设计与实现[J]. 方献更. 计算机与数字工程. 2016(12)
[8]高效D类音频功率放大器在汽车上的应用[J]. 鲍明庆,王赟. 汽车电器. 2015(12)
[9]射频与微波功率放大器的分类研究现状[J]. 吴淘锁,邬海峰. 物联网技术. 2015(12)
[10]基于ModelSim的自动化逻辑验证平台设计[J]. 黄伊楠,谢育. 电子技术与软件工程. 2015(07)
博士论文
[1]高性能带通∑△模数转换器芯片研究与实现[D]. 曹天霖.浙江大学 2017
[2]UPWM型数字D类音频功放关键技术研究[D]. 于泽琦.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]高精度sigma-delta DAC中数字ASIC的设计[D]. 栾勃.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于FPGA的D类音频功率放大器的设计[D]. 朱亮.西安电子科技大学 2017
[3]D类音频功率放大器的研究与设计[D]. 杨力.电子科技大学 2016
[4]Sigma-Delta DAC数字调制器研究、设计及FPGA实现[D]. 马霄伟.中国科学技术大学 2015
[5]FPGA时序收敛分析及仿真[D]. 钱鹏.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[6]FPGA静态时序分析的研究与实现[D]. 许天一.哈尔滨工业大学 2014
[7]一种扩频通信收发系统硬件方案设计与设备集成[D]. 孙煜丰.北京大学 2014
[8]基于压缩感知的语音信号编码技术研究[D]. 沈丹丹.南京邮电大学 2012
[9]D类音频功放DAC中插值滤波器的研究[D]. 徐燕.南昌大学 2008
本文编号：3544847
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