[发明专利]一种改进型低失真Sigma-Delta调制器

说明书

本发明涉及一种改进型低失真Sigma‑Delta调制器，属于小数分频频率技术领域，所述调制器的工作过程为：所述输入信号与输出信号通过第一加法器相减作差；所述第一加法器的输出结果与所述第一积分器模块级联；所述第一积分器模块与第二积分器模块级联；所述输入信号经4倍放大后的输出端连接到第二加法器；所述第一积分器和第二积分器的输出都加到第二加法器，所述输出信号v放大3倍后反向加到第二加法器；第二加法器输出经过量化器输出输出信号v。本发明结构简单，具有一定的噪声整形能力，其中的Sigma‑Delta调制器的积分器与输入信号值无关。

技术领域

本发明涉及小数分频频率技术领域，尤其涉及一种改进型低失真Sigma-Delta调制器。

背景技术

为了将各种模拟世界的信号，如声音、图像等物理量变成数字信号进行处理，需要用到模数转换器(ADC)，而模数转换器的中低速、高精度低失真的ADC首选Sigma-DeltaADC，而Sigma-Delta ADC最核心的部分是调制器，Sigma-Delta调制技术经过多年的发展，现已成为超大规模集成电路(VLSI)系统中实现高性能模数转换接口电路的主流技术之一。以Sigma-Delta调制技术为核心的数据转换器，主要运用过采样技术和噪声整形技术，把量化过程产生的量化噪声移到感兴趣的频带外，进而显著地提高转换器的信噪比。简而言之，Sigma-Delta调制器用以将一时间上连续，幅度也连续的输入信号转换成一个离散时间，离散幅度的输出序列。

一些学者对行为级建模提出了一些解决方案，通过在Matlab/Simulink平台搭建调制器的行为级模型。这一思想首先在1999年被S.Brigati等人提出。通过Simulink标准库模块的连接来实现调制器的建模，过程特别直观，对于系统级的评估很有效果。在2003年P.Malcovati等人的研究使得利用Simulink建模的思路被广泛采用，在研究中，他们对大部分的理想特性和非理想特性进行了研究，并用Simulink仿真节约了仿真时间，对实际的Sigma-Delta调制器的参数设计起到很大的指导作用。

最简单、无条件稳定的Sigma-Delta调制器便是一阶噪声整形实现的单环调制器。它由一个积分器、一个一位的量化器和一个1位的DAC组成。输入信号U，与输出信号v经DAC转换后的信号相减，经积分器积分后进入量化器。其最大的信噪比为：SQNR_max(db)＝6.02N+1.76+30log₁₀(OSR)-10log₁₀(π²/3)，所以只有较大的提高调制器的过采(OSR)才能获得比较高的量化信噪比，这对于低频输入信号是可行的，但对于频率比较高的信号而然，随着采样率的大幅提高，势必极大的增加采样频率，这就增加了调制器设计的难度。故一阶调制器仅用于低频信号领域。而对于二阶单环调制器，H(Z)表示理想积分器的Z域线性模型，表达式为H(Z)＝z^-1/(1-z^-1)，二阶sigma-delta调制器的Z域线性模型的信号传输函数为z^-2量化噪声的传输函数为(1-z^-1)²即信号进行了延迟，噪声被2次整形。

发明内容

为了简化积分器结构，本发明对二阶单环调制器进一步改进，提供了一种改进型低失真Sigma-Delta调制器，在实现与二阶单环调制器相同的效果的同时，简化了结构，即调制器的传递函数比二阶单环调制器更简单。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：