一种全差分带弦音消除的sigma-deltaADC制造技术

本发明专利技术公开了一种全差分带弦音消除的sigma

【技术实现步骤摘要】
一种全差分带弦音消除的sigma
‑
delta ADC


[0001]本专利技术涉及模数转换技术，特别涉及一种全差分带弦音消除的sigma
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delta ADC。

技术介绍

[0002]Sigma
‑
delta ADC是一种采用过采样技术的ADC，该类ADC具有精度高、线性度好等优点。该类ADC目前广泛应用在音视频处理、自动控制、医疗设备的图像处理、电子测量、电子监控等领域。特别是诸如雷达、声纳、高分辨率视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能控制器与传动器以及包括无线电话和基站接收机在内的现代数字通讯系统中。
[0003]然而Sigma
‑
delta ADC有一个天然的缺点——弦音。对于低阶Sigma
‑
delta调制器系统来说，当输入幅度为直流信号、变化非常慢的交流信号以及幅度非常小的交流信号时，系统输出为周期性的序列。此时在Sigma
‑
delta ADC的输出端，在f
S
/N及其整数倍处会出现idle tone即弦音，其中N为序列的周期。当N比较小时，这些idle tone出现的频率比较高，能被后面的数字低通滤波器滤掉；但是，当N比较大时，这些idle tone出现的频率较低，有些频率点将不能被后面的数字低通滤波器滤掉。因此Sigma
‑
delta调制器需要对弦音进行处理。
[0004]弦音的消除技术有多种，目前主要的弦音消除技术如下：
[0005]1、抖动技术
[0006]目前使用最广泛的压缩弦音技术是抖动技术，抖动技术就是在数据转换器的输入端加入不相关的信号，使输入信号和量化噪声信号变得不相关。随着抖动信号的增加,调制器的量化噪声增加。因此对高阶调制器设计时，必须考虑其稳定性。可以在量化器位置增加抖动信号，通过NTF来整形来实现。抖动信号的引入使得调制器更加不容易稳定，它增加了基带噪声的能量，同时SNR变小。
[0007]在大部分实际设计中，抖动的产生都是数字电路产生，因此需要量化信号。需要一个伪随机序列发生器产生一个伪随机噪声。
[0008]2、混沌Sigma
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delta调制器技术
[0009]混沌调制器可以通过一个含有至少一个单位圆外噪声传输函数零点的非混沌调制器获得。整个反馈系统仍然是稳定的，但是环形滤波器是动态不稳定的，因此周期序列被打破。所以混沌Sigma
‑
delta调制器是没有弦音的。从单位圆内将零点移出，将会恶化调制器的SNR。通常获得混沌Sigma
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delta调制器都是将非混沌调制器的噪声传输函数扩展。
[0010]3、动态AC抖动技术
[0011]弦音的产生依赖于输入信号，安静的输入信号产生弦音，繁忙的输入信号不产生。因此，监控输入信号，根据输入信号大小决定输入调制器的抖动信号的能量是非常有优势的。如果输入信号小，可以加入大的抖动，此时调制器不过载。如果输入信号大，则不需要抖动。也可以监控抽取滤波器的输出，接近相应的模拟输入信号。
[0012]4、动态DC抖动技术
[0013]图1是采用动态DC抖动技术的CRFF型Sigma
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delta ADC框图。相对传统的Sigma
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delta ADC，增加了一个动态DC抖动控制电路和动态DC抖动DAC。Sigma
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delta调制器由模拟输入信号和动态DC抖动输入组成，动态DC输入的值由数字滤波器的输出决定。该技术是使用动态DC抖动电路来减小Sigma
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delta ADC的弦音，通过增加少量的电路来将弦音移出音频带内，这种方法不需要随机序列产生器，同时DR和SNR损失小。抖动电路根据动态抖动控制电路输出的数字控制码产生不同的DC抖动电压，DC抖动电压有与整个偏置电压相反的极性的电压。因为抖动的信号是DC信号，它可以通过高通滤波器滤出，因此它不会对数字输出产生影响。
[0014]图2为美国专利US7696910B2中提出的一种带dither电路的模数转换器，在该电路中，dither产生电路由伪随机信号产生，通过dither输入电路输入到Sigma
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delta ADC的积分器中。
[0015]通过采用电容并联，电流相加的方式，可以防止调制器的输出处于静止状态并且防止数字输出信号具有恒定值，起到消除电路弦音的目的。但该方法是在sigma
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delta ADC的第一级增加dither信号，该方法在输入打信号时极易导致调制器过载。

技术实现思路

[0016]本专利技术目的是：sigma
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delta ADC是一种当前最流行的高精度ADC。该类ADC最大的应用领域是音频领域和数字电话领域，当前，数字音频技术发展十分迅猛，各种数字音响产品均得到了广泛的应用，24位高分辨率模数转换器被大量使用。Sigma
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delta ADC由于其本身的技术特点，虽然精度较高但却极易产生弦音，尤其是当输入信号是DC或一个较低频率的正弦信号时，即使在非常低的量级人耳也能捕获到，从而严重影响用户的体验效果。因此本专利技术提供一种全差分带弦音消除的sigma
‑
delta ADC。
[0017]本专利技术的技术方案是：
[0018]一种全差分带弦音消除的sigma
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delta ADC，包括依次级联的多阶调制单元和一个量化器单元，还包括一个伪随机信号发生器；各阶的调制单元分别包括依次连接的加法器、积分器；所述量化器单元包括依次连接的加法器、量化器；
[0019]所述量化器的输出端分别反馈连接到各阶调制单元的加法器输入端；
[0020]所述伪随机信号发生器的输出端分别连接到最后一阶调制单元的加法器输入端和量化器单元的加法器输入端。
[0021]优选的，所述量化器输出端与各阶调制单元的加法器输入端之间分别通过一定反馈增益系数的放大器连接。
[0022]优选的，所述伪随机信号发生器的输出端与最后一阶调制单元的加法器输入端和量化器单元的加法器输入端之间分别通过一定增益系数的放大器连接。
[0023]优选的，伪随机信号发生器采用全差分dither产生电路向量化器单元输出信号；所述全差分dither产生电路包括伪随机信号控制开关K1、K2和双刀时钟开关clk1、clk2和单刀时钟开关clk3；互补偏置电压V
C1
和V
C2
通过伪随机信号控制开关K1、K2和双刀时钟开关clk1连接到量化器两个输入端，伪随机信号发生器产生伪随机信号控制K1、K2；同时输入信号V
in1
和V
in2
通过双刀时钟开关clk2连接到量化器两个输入端；单刀时钟开关clk3的两端分别接量化器两个输入端。
[0024]优选的，所述量化器包括比较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全差分带弦音消除的sigma
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delta ADC，其特征在于，包括依次级联的多阶调制单元和一个量化器单元，还包括一个伪随机信号发生器；各阶的调制单元分别包括依次连接的加法器、积分器；所述量化器单元包括依次连接的加法器、量化器；所述量化器的输出端分别反馈连接到各阶调制单元的加法器输入端；所述伪随机信号发生器的输出端分别连接到最后一阶调制单元的加法器输入端和量化器单元的加法器输入端。2.根据权利要求1所述的全差分带弦音消除的sigma
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delta ADC，其特征在于，所述量化器输出端与各阶调制单元的加法器输入端之间分别通过一定反馈增益系数的放大器连接。3.根据权利要求2所述的全差分带弦音消除的sigma
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delta ADC，其特征在于，所述伪随机信号发生器的输出端与最后一阶调制单元的加法器输入端和量化器单元的加法器输入端之间分别通过一定增益系数的放大器连接。4.根据权利要求3所述的全差分带弦音消除的sigma
‑
delta ADC，其特征在于，伪随机信号发生器采用全差分dither产生电路向量化器单元输出信号；所述全差分dither产生电路包括伪随机信号控制开关K1、K2和双刀时钟开关clk1、clk2和单刀时钟开关clk3；互补偏置电压V
C1
和V
C2
通过伪随机信号控制开关K1、K2和双刀时钟开关clk1连接到量化器两个输入端，伪随机信号发生器产生伪随机信号控制K1、K2；同时输入信号V
in1
和V
in2
通过双刀时钟开关clk2连接到量化器两个输入端；单刀时钟开关clk3的两端分别接量化器两个输入端。5.根据权利要求4所述的全差分带弦音消除的sigma
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delta ADC，其特征在于，所述量化器包括比较器和电容C1、C2，所述电容C1、C2分别串接在比较器的两个输入端。6.根据权利要求4所述的全差...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐兴刚，龙善丽，吴传奇，张紫乾，顾逸尘，童紫平，徐福彬，武凤芹，张慧，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：