高阶过采样delta-sigma DAC设计--《电子科技大学》2011年硕士论文
高阶过采样delta-sigma DAC设计
【摘要】：数模转换器是一种将离散的数字信号转换成以参考电压为基准的模拟信号的电路单元。有多种电路结构可以实现这一转换功能,其中delta-sigma DAC是很有特色的一种,相对以其他实现方法而言,采用这一结构有很多优点,主要的数模转换功能都在数字信号处理阶段来完成,可以实现24位以上的量化精度,数字处理的结果是高采样率低位宽的数据流,模拟部分只需要简单的低位转换和低通滤波,就可以将离散数字信号转换成连续的模拟信号。在音频领域,甚至不需要额外的低通滤波器,喇叭的线圈就可以完成。
deleta-sigma DAC的核心部分在于数字信号处理,数字部分主要由两大模块组成,过采样和噪声整形。过采样是将输入的低采样率信号转换成高采样率信号,同时滤除复制到带外的镜像频谱,这样信号基带内就留下很宽的空白频谱用于噪声整形。本课题的过采样系统采用的是8倍插值8倍采样保持结构,其中8倍插值器是通过2倍插值器和4倍插值器的级联来完成,两倍插值用的是半带滤波器,四倍插值用的是宽过渡带滤波器。噪声整形是将低位截短所产生的量化噪声和基带内信号分离,将量化噪声搬移到过采样所产生的空白频谱内,再经过后级模拟低通滤波,就可以将基带信号还原出来。本课题的噪声整形采用的是5阶结构,并优化了零点和极点,形成前馈加局部振荡反馈的噪声整形环。
本课题主要是做delta-sigma DAC的原理的研究,在matlab完成了全部的数字模型,并作了详细的仿真,总结出一套建模和数据结果分析方法。同时在FPGA平台上做了数字部分硬件设计,实现了16位数据位宽,信噪比为95.53db的delta-sigma DAC。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TN792【目录】：
ABSTRACT5-8
第一章 绪论8-11
1.1 DAC 简介8-9
1.2 DELTA-SIGMA 技术的发展动态9-10
1.3 本课题研究的内容10
1.4 论文章节安排10-11
第二章 DELTA-SIGMA DAC 的原理11-16
2.1 字长截短11-12
2.2 噪声整形12-13
2.3 过采样13-14
2.4 DELTA-SIGMA DAC 的系统结构14-15
2.5 本章小结15-16
第三章 过采样系统的设计与实现16-36
3.1 前级半带滤波器的设计19-21
3.2 后级宽过渡带滤波器的设计21-24
3.3 系统级建模24-27
3.4 算法建模27-28
3.5 硬件设计28-30
3.6 硬件模块仿真30-32
3.7 系统级联仿真32-35
3.8 本章小结35-36
第四章 DELTA-SIGMA 调制器的设计36-61
4.1 DELTA-SIGMA 调制器的原理36-40
4.2 低阶调制器的分析40-43
4.3 高阶调制器的分析43-50
4.4 高阶DELTA-SIGMA 调制器设计流程50-60
4.4.1 确定噪声传输函数50-53
4.4.2 确定信号传输函数53-56
4.4.3 高阶调制器的硬件实现56-58
4.4.4 系统的整体仿真58-60
4.5 本章小结60-61
第五章 结论61-62
参考文献63-65
攻硕期间取得的研究成果65-66
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京公网安备74号（2014o东城区一模）如图1，已知∠DAC=90°，△ABC是等边三角形，点P为射线AD上任意一点（点P与点A不重合），连结CP，将线段CP绕点C顺时针旋转60°得到线段CQ，连结QB并延长交直线AD于点E．（1）如图1，猜想∠QEP=______°；（2）如图2，3，若当∠DAC是锐角或钝角时，其它条件不变，猜想∠QEP的度数，选取一种情况加以证明；（3）如图3，若∠DAC=135°，∠ACP=15°，且AC=4，求BQ的长．
（1）∠QEP=60°；证明：连接PQ，∵PC=CQ，且∠PCQ=60°，则△CQB和△CPA中，，∴△CQB≌△CPA，∴∠CQB=∠CPA，又因为△PEM和△CQM中，∠EMP=∠CMQ，∴∠QEP=∠QCP=60°．故答案为60；（2）∠QEP=60°．以∠DAC是锐角为例．证明：如图2，∵△ABC是等边三角形，∴AC=BC，∠ACB=60°，∵线段CP绕点C顺时针旋转60°得到线段CQ，∴CP=CQ，∠PCQ=6O°，∴∠ACB+∠BCP=∠BCP+∠PCQ，即∠ACP=∠BCQ，在△ACP和△BCQ中，，∴△ACP≌△BCQ（SAS），∴∠APC=∠Q，∵∠1=∠2，∴∠QEP=∠PCQ=60°；&（3）连结CQ，作CH⊥AD于H，如图3，与（2）一样可证明△ACP≌△BCQ，∴AP=BQ，∵∠DAC=135°，∠ACP=15°，∴∠APC=30°，∠PCB=45°，∴△ACH为等腰直角三角形，∴AH=CH=AC=×4=2，在Rt△PHC中，PH=
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（1）猜想∠QEP=60°；（2）以∠DAC是锐角为例进行证明，如图2，根据等边三角形的性质得AC=BC，∠ACB=60°，再根据旋转的性质得CP=CQ，∠PCQ=6O°，则∠ACP=∠BCQ，根据“SAS”可证明△ACP≌△BCQ，得到∠APC=∠Q，然后利用三角形内角和定理可得到∠QEP=∠PCQ=60°；&（3）连结CQ，作CH⊥AD于H，如图3，与（2）一样可证明△ACP≌△BCQ，则AP=BQ，由∠DAC=135°，∠ACP=15°，易得∠APC=30°，∠PCB=45°，则可判断△ACH为等腰直角三角形，所以AH=CH=AC=2，在Rt△PHC中，根据含30度的直角三角形三边的关系得PH=CH=2，于是可计算出PA=PH-AH=2-2，所以BQ=2-2．
本题考点：
旋转的性质；全等三角形的判定与性质；等边三角形的性质；等腰直角三角形．
考点点评：
本题考查了旋转的性质：对应点到旋转中心的距离相等；对应点与旋转中心所连线段的夹角等于旋转角；旋转前、后的图形全等．也考查了全等三角形的判定与性质、等边三角形的性质和等腰直角三角形的性质．
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一种18位音频Sigma-delta+DAC地设计.pdf73页
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Classified Index: TN47 U.D.C: 621.3.049.77 Dissertation for the Master Degree of Engineering DESIGN OF SIGMA-DELTA AUDIO DAC WITH 18-BIT RESOLUTION
Candidate: Li Yang Supervisor: Prof. Zhang Yan Academic Degree
Master of Engineering Specialty: Microelectronics and Solid-state Electronics Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: December, 2007 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 基于过采样和 Sigma-delta 噪声整形技术的DAC 能够可靠地把数字信号
转换为高精度的模拟信号。这种技术实现的数模转换器大大降低了高精度转
换器电路的工艺敏感性。同时，噪声整形技术也使得调制器之后的模拟部分
平滑滤波器的设计更容易，性能指标更好。基于以上技术的 Sigma-delta D/A
是目前在工艺水平相同的情况下能够实现的一种最高精度的 DAC 。 本课题以数字信号处理理论为基础，详细分析了 Sigma-delta
一阶、二阶、高阶以及 MASH
结构，说明了过采样比率和调制器噪声传递
函数对噪声的影响，并且基于以上的分析，综合考虑到后端模拟因素，设计
了一种三阶 Sigma-delta 调制器。在 24
比特的输入信号下，达到了约 110dB
的信噪比，全谐波失真约为-107.52dB 。作为一个应用于音频领域的 DAC 实
现方案，它可对 I2S/PCM
等多种制式下的音频信号进行处理，支持采样率
为 8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48kHz ，支持字长为 16/18/20/24 比特的数
据。本文综合大量文献中的经验和方法，结合业界稳定的高阶高精度调制器
的设计流程，设计了达到 18bit 有效精度的 3 阶 128 倍调制器。通过进行零
极点优化和加入 dither
电路，使信噪比提升 5dB ，同时彻底消除了 Idle tones
对模拟电路的影响。 同时本
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