Sigma-Delta DAC數(shù)字調(diào)制器研究、設(shè)計(jì)及FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、高精度DAC是當(dāng)今的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，Sigma-Delta調(diào)制技術(shù)是高分辨率中低速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)越實(shí)現(xiàn)方式，其在各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中脫穎而出，成為高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器最為流行的結(jié)構(gòu)。
　　Sigma-Delta調(diào)制是一種以速度換取精度的有效方法，利用過采樣技術(shù)和噪聲整形技術(shù)，將量化噪聲整形到通帶外的高頻部分，極大地降低了信號(hào)帶寬內(nèi)的噪聲水平，提高了信噪比。Sigma-Delta調(diào)制器對(duì)模擬電路的設(shè)計(jì)要求依賴性較小，失配噪聲極低。

2、其主要通過數(shù)字處理技術(shù)壓制噪聲，易于通過CMOS工藝來實(shí)現(xiàn)，并且可以容易的實(shí)現(xiàn)嵌入式集成。
　　Sigma-Delta結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以達(dá)到其他結(jié)構(gòu)所無法達(dá)到的高精度，當(dāng)前最高精度的ADC和DAC幾乎都是Sigma-Delta型，因此在數(shù)字音視頻、高精度核探測(cè)器、汽車電子、雷達(dá)應(yīng)用、無線通訊和油氣勘探等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。
　　Sigma-Delta DAC的數(shù)字電路部分包括內(nèi)插器和數(shù)字調(diào)制器，模擬電路部分包括低位DA

3、C和重建濾波器。在Sigma-Delta DAC集成內(nèi)插器和數(shù)字調(diào)制器會(huì)提高DAC的復(fù)雜度，增大芯片面積和管腳數(shù)量，提高成本，增加應(yīng)用難度。FPGA作為當(dāng)今數(shù)字信號(hào)處理的主流技術(shù)，能夠通過邏輯編程容易的實(shí)現(xiàn)并集成各種數(shù)字邏輯電路。目前大量的系統(tǒng)中都使用了FPGA，將Sigma-Delta DAC中的內(nèi)插器和數(shù)字調(diào)制器這些數(shù)字電路從DAC中轉(zhuǎn)移到FPGA中，既不會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，也同時(shí)可以簡(jiǎn)化DAC的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)集成度，降低成本。一些

4、廠商針對(duì)這樣的需求推出了僅包含低位DAC和重建濾波器的Sigma-Delta型DAC，例如Texas Instruments(TI)的DAC1280，這些芯片都具有封裝小、成本低、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)模型和實(shí)現(xiàn)技術(shù)都比較成熟，數(shù)字調(diào)制器才是對(duì)DAC精度起決定作用的部分，這是高精度Sigma-Delta DAC主要的研究方向和設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
　　本文研究?jī)?nèi)容為Sigma-Delta DAC中的數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器。第

5、一章介紹論文背景。第二章介紹Sigma-Delta調(diào)制器的基本原理及其結(jié)構(gòu)。第三章詳細(xì)說明Sigma-Delta調(diào)制器的設(shè)計(jì)方法。首先結(jié)合大量文獻(xiàn)中所述的設(shè)計(jì)方法，闡述一套完整的用于設(shè)計(jì)穩(wěn)定高階高精度Sigma-Delta調(diào)制器的設(shè)計(jì)流程，并在此基礎(chǔ)上提出一種依據(jù)調(diào)制器穩(wěn)定性要求來優(yōu)化調(diào)制器設(shè)計(jì)的方法，該方法依據(jù)仿真結(jié)果判定調(diào)制器是否穩(wěn)定。然后對(duì)仿真判定穩(wěn)定性時(shí)需要考慮的頻率選擇和仿真長(zhǎng)度這兩個(gè)因素做了詳細(xì)說明，接著依據(jù)文中提出的方法和

6、設(shè)計(jì)流程，詳細(xì)闡述了一款64倍過采樣率五階一位Sigma-Delta調(diào)制器的具體設(shè)計(jì)，最后給出了在FPGA中實(shí)現(xiàn)數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器的方法，并將設(shè)計(jì)的五階一位調(diào)制器在FPGA中實(shí)現(xiàn)。第四章設(shè)計(jì)硬件測(cè)試電路，用于對(duì)Sigma-Delta調(diào)制器的性能進(jìn)行測(cè)試。第五章設(shè)計(jì)測(cè)試電路的主控軟件，用于控制測(cè)試電路完成測(cè)試。第六章首先對(duì)比了不同零極點(diǎn)計(jì)算方法得到的調(diào)制器性能優(yōu)劣，測(cè)試結(jié)果表明查表法計(jì)算零點(diǎn)優(yōu)于切比雪夫II型濾波器法，極點(diǎn)計(jì)