三阶单环Delta-sigma调制器在ADC中的应用

作者：时间：2012-07-15来源：网络收藏

0 引言

　　模数转换器(ADC)在信号处理中起了一个非常重要的作用。在数字音频、数字电视、图像编码及频率合成等领域需要大量的数据转换器。由于超大规模集成电路的尺寸和偏压不断减小，模拟器件的精度和动态范围也不断降低，对于实现高分辨率的ADC是一种挑战。高阶多位Delta-sigma ADC由于不需要采样保持电路，电路规模小，可以实现较高的分辨率，因此在实际中得到广泛的应用。Delta-sigmaADC采用过采样技术和噪声整形技术相结合，对量化噪声双重抑制，从而实现高精度模数转换。在实际的设计中需要根据设计指标稳定性和动态范围等进行折衷。要实现大的动态范围，就需要较高的过采样率和多位量化器。为了保持高阶DSM的稳定性就需要使用多位量化器，而多位量化器会增加后续内部ADC的设计难度。因此，必须仔细选择过采样率和量化器的位数，以实现预期的性能指标。本文提出一种三阶单环局部反馈的Delta-sigma调制器结构，利用Richard Schreier的Matlab Delta-sigma调制器设计工具包，推导调制器传输函数，并对系数进行优化，使用Verilog硬件语言对调制器进行行为级建模。调制器的信号带宽为32.8kHz，过采样率为128，工作时钟8.4MHZ，精度16位，可以达到145dB以上的SNR。

　　1 Delta-sigma调制器的原理和结构

　　△-∑调制技术来自高分辨率的A/D、D/A变换器中的过取样△-∑转换技术，利用经典自动控制理论中负反馈概念，通过反馈环来提高量化器的有效分辨率并整形其量化噪声。在对信号进行过取样后，噪声功率谱幅度降低，并通过一个对输入呈低通而对量化噪声呈现高通的噪声整形器，将量化噪声功率的绝大部分移到信号频带之外，从而可通过滤波有效地抑制噪声。

　　Delta-sigma调制器的仿真模型可以用图1来表示。该系统是一个双端输入、单端输出的线性系统，系统的一个输入为外部输入信号U，另一个输入为量化器的反馈V，输出则是量化器的输入Y。