高精度3階delta-sigma調制器的設計
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2．2 改進(jìn)的DSM結構圖
實(shí)現傳輸函數的拓撲結構不是唯一的，是多種形式的，一般來(lái)說(shuō)有四種結構使用最為普遍CIFB(cascade-integrator-feedback)、CRFB(cascade-resonator-feedback)、CIFF(cascade-integrator-feedforward)、CRFF(cascade-resonator-feedforward)。如果不需要經(jīng)過(guò)零點(diǎn)優(yōu)化，可以采用CIFB和CIFF的結構，需要零點(diǎn)經(jīng)過(guò)優(yōu)化可采用CRFB和CRFF結構。本文是高精度調制器的設計，而經(jīng)過(guò)零點(diǎn)優(yōu)化的可以得到更好的噪聲整形，實(shí)現更高的精度，而CRFF相對CRFB結構在電路設計方面具有結構更為簡(jiǎn)單和電路規模更小的優(yōu)勢，所以采用CRFF結構，如圖2。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/187739.htm
由圖可以看出，輸入信號在比較器前與前饋信號直接相加，實(shí)現了STF為1，因此數字濾波器可以不需要考慮基帶補償；al-a3前饋方式實(shí)現NTF的極點(diǎn)，降低了積分器輸出的幅度；第三級積分器輸出通過(guò)g反饋給第二級積分器，即局部反饋(LFB)，這在NTF中引入了共軛零點(diǎn)，挺高了基帶SNR。根據高階穩定的調制器函數的設計方法，設計一個(gè)過(guò)采樣率為128和3位量化器的3階調制器，圖2中的系數值(a1、a2、a3、a4、bl、b2、b3、b4、cl、c2、c3、g1)，由Richard Schreier提供的Matlab Delta-sigma調制器設計工具包可以得出，具體值在表1中給出，表中的數值用于設計NTF和STF的Matlab模型。在實(shí)際的數字電路實(shí)現時(shí)，為了減少芯片面積和設計難度避免使用乘法器，所以這些系數均取2n的近似值，這樣可以用移位相加來(lái)代替乘法。利用Richard Schreier提供的Matlab Delta-sigma調制器設計工具包得到帶外增益為6.1，DSM的NTF為
2．3 Verilog語(yǔ)言行為級建模
圖2所示的是一種單路差異積分器調制器，可用延遲積分器和非延遲積分器，以及各種前饋和反饋路徑組合而成。在Matlab結構中對應的積分器轉換成Verilog硬件描述框圖的過(guò)程如圖3所示
本文使用Verilog硬件語(yǔ)言來(lái)實(shí)現單回路差異積分調制器，由時(shí)鐘控制構成延遲積分器與非延遲積分器的相加動(dòng)作。assign指令使等式兩邊永遠處于活動(dòng)狀態(tài)，而alwavs指令將會(huì )在時(shí)鐘正好觸發(fā)時(shí)將sum的值存入寄存器delay_sum中，因此，所有的積分器將會(huì )在每一次時(shí)鐘完成時(shí)完成一次累加動(dòng)作。同理，非延遲積分器是由相同的程序代碼組成。實(shí)現延遲積分器的程序部分代碼如下表示：
3 模型的仿真結果
圖3給出的是NTF的極點(diǎn)與零點(diǎn)圖。很明顯，NTF的零點(diǎn)均勻地分布在信號基帶中，而不是集中在直流頻率處。圖4給出了輸入幅度范圍與SNR。圖5給出了NTF和STF的幅頻響應?？梢钥吹?，帶內信號的衰減幾乎是0，而圖6顯示噪聲的衰減小于-110dB，滿(mǎn)足帶內噪聲的要求。圖7給出了調制器的頻域特性圖。圖8給出的是在輸入為42000，時(shí)鐘頻率為8．4MHz的verilog硬件描述語(yǔ)言的仿真結果，可以看出經(jīng)過(guò)2μs后結果趨于穩定。
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