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

Микропроцессорная система управления объектом
Микропроцессорные и информационно-управляющие системы, в настоящее время, стали одним из наиболее дешевых и быстрых способов обработки информации. Практически ни одна область современно ...

Исследование и разработка конструкции широкополосного симметрирующего устройства
На сегодняшний день развитие НТП (научно технический прогресс) в области электроники все чаще приводит к созданию новых типов электронных приборов и к возможности проектирования на их ос ...

Графен в электронике сегодня и завтра
Графен был экспериментально обнаружен в 2004 г. двумя английскими учеными российского происхождения - Андреем Геймом и Константином Новосёловым, за что они вскоре получили Нобелевскую п ...