【摘 要】
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Σ-△DAC把过采样技术和Σ-△噪声整形技术相结合,不要求精度高和规模大的模拟器件就可实现数字信号到模拟信号之间的转换。作为高性能数模转换芯片,它已成为DAC研究的热点,
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Σ-△DAC把过采样技术和Σ-△噪声整形技术相结合,不要求精度高和规模大的模拟器件就可实现数字信号到模拟信号之间的转换。作为高性能数模转换芯片,它已成为DAC研究的热点,其应用也从高精度音频领域扩展到测量及无线通信等领域。 本文研究的是高精度音频Σ-△DAC调制技术。Σ-△DAC主要包括:插值滤波器、Σ-△调制器和内部DAC。其中插值滤波器采用两个半带滤波器,一个FIR滤波器和一个积分梳状滤波器级联,实现128倍过采样。并对滤波器系数进行CSD编码,避免实现时使用乘法器,这样利于硬件实现,减小规模。Σ-△调制器采用四阶四位输出的MASH(2-2)结构。这种结构的调制器的带内信噪比较高,并对带内噪声有很好的抑制作用,最终只需积分器、量化器和加减器就能实现,节约硬件资源并降低功耗。内部4比特DAC转换器采用开关电容技术完成,通过数据加权平均法使用15个电平完成4比特输出,减少了电容间的失配程度。 本文运用MATLAB的Simulink环境中对插值滤波器和Σ-△调制器进行了系统级仿真和频谱分析,Σ-△调制器输出信噪比达到172.1dB,满足18位数字信号所需的精度。然后采用硬件描述语言(HDL)对电路进行描述,通过QuartusⅡ平台进行功能仿真,并下载到FPGA器件下进行测试验证,结果表明,输入采样频率为48kHz,位宽为18位,频率为12kHz的数字正弦信号时,输出信噪比达到了111.9dB,满足18位转换应用所需的要求。对于模拟部分的内部DAC设计,采用0.18-um1P6M N阱P衬底CMOS工艺进行电路设计和仿真,并进行版图设计。
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