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設計了一個(gè)二階雙通道時(shí)間交織ΣΔ調制器的系統結構并用SIMULINK對其進(jìn)行系統仿真。闡明了此結構的設計理論依據及方法，同時(shí)從帶寬和SNDR等方面與傳統ΣΔ調制器進(jìn)行了比較。 ΣΔ調制器采用過(guò)采樣和噪聲整形技術(shù)，已經(jīng)廣泛運用在模數轉換器(ADC)中，它避免了元器件失配對ADC精度的限制，能夠實(shí)現高精度的ADC。ΣΔADC以速度換取精度，由于過(guò)采樣的特性，使得ΣΔADC只能用在低速、高精度數字信號處理如音頻處理等應用中，速度成為其更廣泛應用的瓶頸。 多通道時(shí)間交織技術(shù)采用多個(gè)并行工作在低速的系統來(lái)實(shí)現高速系統，已經(jīng)在NyquistADC（如pipelinedADC,FlashADC)中廣泛應用。對于M通道的NyquistADC，M個(gè)通道工作在M個(gè)不同相位的時(shí)鐘下，如果每個(gè)通道的工作頻率為Fs，則整個(gè)ADC轉換速度為MFs，速度提高了M倍，實(shí)現了高速ADC。多通道時(shí)間交織技術(shù)是一種基于抽樣率變換理論的技術(shù)，通過(guò)下采樣和上采樣來(lái)實(shí)現的。ΣΔ調制器采用過(guò)采樣和噪聲整形技術(shù)，在抽樣率變換過(guò)程中，會(huì )出現信號頻譜的混疊和鏡像，所以，多通道時(shí)間交織的思想并不能直接應用到ΣΔ調制器中。 本文從抽樣率變換和濾波器組基本理論出發(fā)，通過(guò)多抽樣率系統的恒等變換[3，4]，推導了兩通道濾波器組無(wú)混疊的條件。對傳統ΣΔ調制器結構進(jìn)行等效變換，得到兩通道時(shí)間交織ΣΔ調制器的系統結構，理論上運算速度提高到單通道的2倍。采用SIMULINK對二階兩通道時(shí)間交織ΣΔ調制器進(jìn)行了建模仿真。 1 兩通道濾波器組 則其等效的兩通道時(shí)間交織結構如圖2(b)所示，此時(shí)該系統還是一個(gè)不可物理實(shí)現的非因果系統(系統環(huán)路包含非因果項z)。把非因果項z與每個(gè)通道的z-1項合并，得到如圖2(c)所示的等效結構。如果圖2(a)的系統工作頻率為Fs，圖2(c)等效結構量化器的工作頻率也為Fs。圖2(c)所示結構可以進(jìn)一步等效于圖2(d)的結構，此時(shí)，除了采樣電路和輸出電路工作頻率為Fs，其他電路全工作的頻率是Fs/2。 3 兩通道時(shí)間交織調制器結構及其仿真 假設圖3(a)的傳統調制器工作頻率為Fs＝64MHz，圖3(b)兩通道時(shí)間交織調制器每個(gè)通道工作頻率也為Fs＝64MHz。采用SIMULINK分別對兩種調制器結構進(jìn)行建模仿真，輸入信號為頻率Fin=1.9921875e+005，幅值為－4dB滿(mǎn)刻度幅度的正弦信號，內嵌ADC與DAC為1bit。兩種調制器輸出信號的功率譜如圖4所示，從圖4可以看出，兩通道時(shí)間交織調制器結構具有更好的噪聲整形效果。如果傳統調制器結構和兩通道時(shí)間交織調制器結構的每個(gè)通道的工作頻率相同，并且信號帶寬一樣，則兩通道時(shí)間交織調制器結構OSR為傳統調制器結構OSR的2倍，即相當于OSR提高了1倍。理論上，假設調制器的量化噪聲為白噪聲，根據ΣΔ線(xiàn)性模型，可以得到，調制器的OSR每提高1倍，其SNDR增加(6L+3)dB，其中L為調制器的階數。圖5(a)為傳統調制器的OSR=64，兩通道時(shí)間交織調制器的OSR=128，即兩種調制器的信號帶寬一樣時(shí)，兩種調制器的SNDR與輸入信號幅值的關(guān)系。圖5(a)表明，兩通道時(shí)間交織調制器的SNDR比傳統調制器提高了大約15dB，這與理論值相符。圖5(b)為傳統調制器的OSR=64，兩通道時(shí)間交織調制器的OSR=64，即兩通道時(shí)間交織調制器的信號帶寬為傳統調制器的兩倍時(shí)，兩種調制器的SNDR與輸入信號幅值的關(guān)系。從圖5(b)可以看出，當兩通道時(shí)間交織調制器的信號帶寬為傳統調制器的2倍時(shí)，其SNDR幾乎不變。這表明兩通道時(shí)間交織調制器的速度能提高1倍，而其精度不變。 本文在兩通道濾波器組無(wú)混疊的條件下設計了一種二階兩通道時(shí)間交織ΣΔ調制器，并采用SIMULINK對其進(jìn)行了仿真。仿真結果表明：在不提高每個(gè)通道工作頻率的條件下，調制器的信號帶寬增加兩倍，調制器精度幾乎不變，相當于調制器的速度提一倍；如果保持信號帶寬相等，其SNDR能提高大約15dB。在本文的基礎上，可以進(jìn)一步對多通道時(shí)間交織ΣΔ調制器結構進(jìn)行研究與設計。 |
