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基于FPGA的∑-Δ D/A转换器的设计与实现

作者:时间:2010-04-21来源:网络收藏
摘要:数模可以将一个二进制数字量转换成与该数字量成正比的电压值,可应用于可编程电压源、波形发生器等。本文采用数字化技术,用实现了一个简单的一阶8位∑-Δ 型DAC,只占用几个CLB。的速度和柔性的输出结构非常适合该DAC的实现。
关键词:∑-Δ DAC,,VerilogHDL,可综合性

引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/191733.htm

在各类电子系统中,数字电路所占比重越来越大。这主要是因为数字电路相对于 电路有一些突出的优点,例如:1 数字电路中的有源器件工作在饱和区 与截止区,工作状态稳定;2 数字电路处理的是二值信号,易于存储和再生;3 数字电路是由大量相同的基本单元,如门、触发器等所组成,易于大规模集成,易于自动化设计工具的应用等。再加上数字计算机和数字信号处理技术的迅速发展,使得数字电路从集成规模、应用范围及设计自动化程度等方面都大大超过了模拟电路,越来越多的由模拟电路实现的功能转由数字电路实现,进入了电子系统设计的数字化时代。

1 变∑-Δ换的原理

∑-Δ变换采用过取样技术,将信号按时间分割,保持幅度恒定,具有高取样率、噪声整形和比特字长短的特点。变换可以在低取样率、高分辨率的量化器或者高取样率、低分辨率的量化器中进行,在数字音频中很有用,如用于音频信号数字化的∑-Δ ADC及可将已经数字化处理后的音频信号还原为模拟声音信号的∑-Δ DAC。∑-Δ变换有时根据采用的具体结构称为1比特或多比特变换,本文所描述的∑-Δ DAC采用了1比特变换技术,克服了采用较多比特数时所带来的量化非线性误差、纠错困难的缺点。
打个比方来说明如何用1比特替代16或更多比特:传统的阶梯变换器像16个电灯泡,连接到各自的开关上,每个都有不同的亮度,用各种组合方式可以得到216(即65536)种不同的亮度。然而,灯泡间的亮度差会引入误差,某种组合也并不总是能够产生所要求的亮度。1比特变换技术采用完全不同的方法,不用那么多灯泡和开关,只用一个灯泡和一个开关。房间亮度的变化可以通过简单的改变开、关灯泡的次数来得到。如果灯泡开的次数增加,房间的亮度就会增加。
∑-Δ变换是将信号按时间分割,保持信号幅度恒定。它用高电平或低电平的脉冲表示信号,例如可以采用脉冲密度调制(PDM),如图1所示恒定幅度的脉冲信号,不论电平高或低都能够重建输出信号波形。

2 ∑-Δ DAC的结构

传统的应用电流模技术的DAC当位数达到10位以上时,要在某一温度范围保持精度非常困难。本文的∑-Δ DAC运用了数字技术,因此与电流模DAC相比,不受温度变化的影响,且能在可编程逻辑器件如FPGA中实现。∑-Δ DAC实际上是高速1位DAC,应用数字反馈技术从输入二进制数字量产生等幅的脉冲串,脉冲串的平均占空比与输入二进制数字量成正比,脉冲串再通过一RC模拟低通滤波器就能重建模拟波形。∑-Δ DAC非常适合于低频、高精度的应用,尤其在数字音频领域应用广泛。


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关键词: FPGA 转换器

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