techspirit.ru

Главное

Цифровой аудио сигма-дельта модулятор

1. На уровне идеальных макромоделей интеграторов и компаратора проверить справедливость значений коэффициентов перед интеграторами, приведенных в статье. Проверкой является работа СДМ при следующем условии:

- синусоидальный входной сигнал (амплитуда не более 0,2 от Vref, частота должна соответствовать быстродействию СДМ).

. Суммированием квадратов уровней отсчетов в частотной области определить мощность шума квантования в нужной полосе частот. Рассчитать динамический диапазон.

3. Низкочастотный коэффициент усиления операционного усилителя в составе интегратора должен быть не менее , где N - разрядность СДМ. Характеристики (быстродействие и потребление тока) разработанного ОУ в сравнении с ОУ в статье должны быть лучше в соответствии с разницей длин затворов в предлагаемой разработке и в статье.

. Разработать и представить схему первого интегратора с МДМ (с модуляцией и демодуляцией).

. Аналоговые ключи в сигма-дельта модуляторе:

обосновать выбор той или иной разновидности аналогового ключа.

справедливость выбора подтвердить аналитическими выкладками.

-справедливость выбора подтвердить моделированием.

Анализ выпускаемых ведущими мировыми производителями АЦП позволяет сделать вывод, что около 30% преобразователей составляют АЦП с разрядностью 16 и выше. Реализовать такую точность преобразования можно только с использованием сигма-дельта преобразователей. Традиционно такие преобразователи используются на частотах от нуля до нескольких мегагерц. Отличительным свойством сигма-дельта АЦП является возможность увеличивать скорость преобразования за счет разрешающей способности, либо увеличивать и скорость и разрешение за счет потребляемой мощности. Область применения сигма-дельта АЦП довольно обширна: во-первых, это большинство современных устройств обработки звуковых сигналов и кодеки, во-вторых, промышленное оборудование. Идея сигма-дельта преобразования заключается в формировании такой кривой распределения шума, при которой бы большая часть шума квантования вытеснялась бы в область высоких частот за пределы рабочего диапазона.

Большинство современных интегральных микросхем сигма-дельта модуляторов проектируются по схемам на коммутируемых конденсаторах. Такие схемы имеют весомые преимущества по сравнению со схемами модуляторов с непрерывным интегрированием. Основные достоинства схем модуляторов на коммутируемых конденсаторах следующие:

· легкость реализации в стандартном КМОП-процессе;

· полюса передаточной функции модулятора задаются соотношением емкостей с большой точностью;

· нечувствительность схемы к разбросу абсолютных значений номиналов емкостей в схеме, вся работа схемы строится на отношениях номиналов коммутируемых емкостей.

Среди недостатков схем сигма-дельта модуляторов на коммутируемых конденсаторах следует отметить необходимость использования емкостей с большими номиналами для уменьшения теплового шума (шумы типа кТ/С), пики токов при коммутации емкостей являются потенциальной причиной дополнительного шума; ухудшение шумовых характеристик из-за влияния джиттера сигнала переключающего емкости.

В данной работе рассматривается разработка и реализация КМОП сигма-дельта модулятора для аналого-цифрового преобразования звука, работающего от одного источника напряжения в 1.8 В. Представлен каскадный модулятор, который поддерживает большой диапазон входного сигнала, при этом избегая ограничения сигнала на внутренних узлах. Экспериментальный модулятор разработан с использованием полностью дифференциальных интеграторов на переключаемых конденсаторах, использующих разные входные и выходные уровни напряжения и формирователи тактовой частоты для улучшения работы от низких напряжений. Точный контроль за синфазными напряжениями, высокий уровень подавления шумов входного питания, и низкий уровень рассеивания энергии достигаются с использованием двухкаскадных операционных усилителей класса A/AB.

При частоте дискретизации равной 4 МГц и коэффициентом передискретизации равным 80, реализация модулятора по технологии 0,8 мкм. КМОП - технологии и пороговом напряжении n-МДП и p-МДП транзисторов в +0.65В и -0.75В соответственно, позволяет получить динамический диапазон в 99 дБ и частоту Найквиста в 50 кГц. Модулятор может работать при напряжении питания от 1.5 до 2.5 В., занимает площадь 1.5 мм2 и рассеивает 2.5 мВт от источника напряжения в 1.8 В.

Другие статьи по теме

Слепая компенсация эффекта разбаланса квадратур с использованием алгоритма множественных инверсий
В современных средствах связи на смену аналоговым системам пришли цифровые. Это обусловлено тем, что при своем использовании цифровые системы значительно превосходят аналоговые по качес ...

Комплексная система защиты информации на предприятии
Прохождение производственной практики имеет большое значение в процессе подготовки будущих специалистов. Необходимость ее для студента заключается в том, что это отличная ...

Активные RC-фильтры (ARC-Ф)
Цель работы - изучение принципа работы, исследование амплитудных, частотных характеристик и параметров активных фильтров нижних и верхних частот, полосно-пропускающих и полосно-задержи ...