文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
一种应用于手持音频设备中的低功耗∑-△调制器设计
姓名:沈慧
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:吴晓波
20060509
摘要本文提出一种应用于便携式设备音频信号处理的∑一△调制器设计。鉴于低功耗在便携电子产品中的重要意义,论文围绕低功耗设计展开,在系统设计和电路设计中比较分析了多种结构,作出性能与功耗的优化组合。设计的∑鞯髦破鞑捎阶单环前馈结构,单比特量化,过采样率为G馈结构可提高调制器的工作速度,而单比特量化可省去很多额外的硬件结构。理论分析与仿真验证表明,在获得同等性能的前提下,此种结构的电路设计复杂度最低,功耗最小;另外针对便携式设备的应用特点,第一级积分器采用了连续时间模式实现来消除输入信号与电源电压之间的依赖关系。在电路设计上,由于第一级积分器对运放的增益,压摆率等要求极为苛刻,所以采用全差分两级类输出放大器。与传统的∽相比,这一特殊结构由于在输入信号跳变时在运放中间结点引入高阻抗,可大幅度提高运放的压摆率,从而节省大量功耗。后两级积分器对运放设计要求较低,所以采用结构简单,线性度好的峁埂论文在介绍∑.△调制器基本工作原理基础上,对多种调制器结构进行了比较分析,讨论调制器的系统设计,计算系统增益系数,给出电路设计指标。并分析了电路设计中的非理想因素,然后针对具体的电路进行结构选取,参数计算和仿真。验证仿真结果证明,所设计的芑.△调制器可在的采样时钟下实现比特的分辨率,功耗为。
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第一章绪论过采样∑一△转换技术的特点如今,随着科学技术的日新月异,各种消费类手持电子设备,如手机,数码相机,衾植シ牌鞯鹊氖谐⌒枨笫滞ⅲ⑶艺庵滞⑿枨笤诮窈笙嗟背さ一段时期内还将呈现不断上升的趋势。而手持电子设备因为是由电池供电,为了满足消费者对手持电子设备使用方便的要求,所以对此类设备功耗的要求极高,这就是低功耗设计成为集成电路设计的热门话题的原因。另外,不难发现,在各种消费类电子产品中,音频信号处理芯片是不可或缺的组成部分。手机,衾植シ牌鞫运囊G笪阌棺甘觯词故窍衷诘木蟛糠数码相机也都具备摄像的功能,同样对音频信号处理芯片提出了很高的性能要求。而传统上音频芯片的主要应用场合为高级音响,家庭影院等设备,音质是其竞争点,能产生优美音质的音频芯片才能受到消费者的青睐,这类芯片在得到高性能的同时牺牲的就是功耗。而在手持电子设备市场蓬勃发展的今天,人们给予产品功耗的关注越来越多,低功耗就成为了新的竞争点。由调制器构成的模数转换器是音频处理芯片中不可或缺的组成部分。在音频信号处理中应用最为广泛的就是由∑一△调制技术构成的转换器。许多公司鏣、埯囊羝当嘟饴肫鞑捎玫亩际恰疲鞯髦萍际酢R虼耍凸膠调制器的设计研究具有十分重要的现实意义。本章作为绪论部分,主要论述一下凡方面内容:●过采样∑一△转换技术与相关技术比较的主要特点●过采样∑.△转换技术的发展趋势●本文的选题意义及研究内容根据采样频率的不同,模数转换技术可分为奈奎斯特率转换和过采样∑.△转换,两者相比较,过采样∑.△转换具有以下优点:
∑一△转换器的精度主要是通过数字滤波器来实现的,所以对转换器内部量化器的精度要求不高,这就使得对模拟电路的规模和器件匹配性要求大为降低,而且负反馈结构也使得电路降低了对噪声和非线性因素的敏感性,电路实现简单。从抗混叠滤波器的设计角度来考虑,奈奎斯特率转换器的采样频率等于或略高于奈奎斯特频率,所以抗混叠滤波器的过渡频带很窄,电路实现较为困难。而∑.△转换器基于过采样技术,其采样频率远高于奈奎斯特频率,这样就使得抗混叠滤波器的过渡频带变得很宽,实现起来比较容易。∑一△转换器对采样保持电路的要求不高,实现也简单。根据转换类型来分类,模数转换技术可分为:逐次逼近型转换,并行转换,流水线转换和∑也转换等。这几种转换技术各具特点。鸫伪平妥;逐次逼近型转换方式是按照二分搜索法的原理的一种模数转换过程。也就是将需要进行转换的模拟信号与已知的不同的参考电压进行多次比较,使转换后的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值。逐次逼近型转换方式的特点是:转换速度较高,转换时间确定,实现成本低。但这种转换方式需要数模转换电路,而高精度的数模转换电路需要较高的电阻或电容匹配网络,故技术难度很大,工艺可行性差。⑿凶;就转换速度而言,并行转换方式在所有的模数转换技术中居于首位。它是一种直接的模数转换方式,大大减少了转换过程的中间步骤,每一位数字代码几乎在同一时刻得到。因此,其主要特点是