跳转到内容

数字电路/ΣΔ调制器

来自维基教科书,开放的书籍,开放的世界

ΣΔ调制器(ΣΔ调制器)允许通过单比特信号进行模拟到数字转换(ADC)或数字到模拟转换(DAC)。

脉冲宽度调制(PWM)也使用单比特信号,其信噪比(SNR)较差,但切换速度较慢。

ΣΔ调制是中速ADC和超高精度低速ADC的良好选择。对称地,ΣΔ调制对于信号级DAC很有趣。与PWM相比,它更高的切换速度对于高功率(D类)切换来说是不可取的,至少对于传统的硅器件而言是这样。

ΣΔ调制广泛用于音频信号转换和编码。

模拟模型

[编辑 | 编辑源代码]

最简单的一阶模拟-数字ΣΔ调制器由一个积分器和一个比较器组成。当积分器输出达到给定电平时,比较器触发。该信号被采样,如果它达到了触发电平,则由于负反馈,从积分器中取出给定的量。使积分器输出稳定在触发值附近,加上/减去一个反馈脉冲幅度,意味着反馈脉冲的平均数量与输入幅度成正比。

ΣΔ modulator - first order - FF
ΣΔ调制器 - 一阶 - FF

数字信号被表示为一系列脉冲,其平均值对应于模拟输入信号。为了从该比特流中检索脉冲编码调制(PCM)信号,需要使用低通滤波器。

Modulator - first order - integrator - lowpass
调制器 - 一阶 - 积分器 - 低通

如果结果的相位很重要,那么有两种类型的滤波器值得关注:

  • 级联积分梳状滤波器(CIC),这是一个针对计算运行平均值的优化电路
  • 具有最大平坦群延迟的滤波器,例如贝塞尔滤波器

数字电路

[编辑 | 编辑源代码]

一阶调制器

[编辑 | 编辑源代码]

一阶模拟ΣΔ调制器的数字对应部分由一个累加器和一个比较器组成。

Modulator - first order - digital
调制器 - 一阶 - 数字

该电路的功能与模拟调制器非常相似。在这里,输出也是一个比特流,一个完整的模拟信号需要一个低通滤波器来重建原始数字输入信号的副本。

这里,低通滤波器是模拟的。使用具有最大平坦群延迟的滤波器可以实现接近线性相位的滤波。

当输入恒定时,一阶调制器将提供循环模式。对于特定的输入值,这种模式可能会变得非常长,这会导致调制信号中出现低频振铃音。随着这些音调的频率越来越低,它们越来越难以与原始信号分离。高阶调制器显示出较少的重复模式,因此比一阶调制器更受欢迎。

二阶调制器

[编辑 | 编辑源代码]

二阶ΣΔ调制器需要两个累加器。不同的拓扑结构是可能的。以下电路显示了一个典型的二阶电路。

这两个系数允许与相应的噪声整形特性一起控制数字到模拟传递函数。

对调制器传递函数的分析允许选择系数c1和c2的最佳值。

华夏公益教科书