多位反馈Sigma-Delta调制器设计
随着工业技术的不断进步，社会各领域对模拟信号到数字信号的转换精度要求越来越高，传统Nyquist采样频率模数转换器（Analogtodigitalconverter,ADC）的精度很难满足需求，而应用过采样技术和噪声整形技术的Sigma-Delta型ADC则具有明显优势，当前分辨率16位以上的高精度ADC几乎全部为Sigma-Delta型架构。与此同时，随着中美贸易摩擦的反复拉锯，国内高精尖领域所需的高精度Sigma-DeltaADC芯片进口难度越来越大，有渠道进口的产品价格也极其昂贵，而我国本土IC设计技术和生产工艺水平相对落后，适用的高精度Sigma-DeltaADC基本全部依赖进口，因此为打破国外技术封锁，设计低成本、高精度的Sigma-DeltaADC意义重大，Sigma-Delta型ADC的核心是Sigma-Delta调制器。 本文首先回溯了Sigma-Delta调制器的发展历史，深入研究了Sigma-Delta的技术理论，并介绍了当前比较经典的几种Sigma-Delta调制器结构。接着本文在现有结构基础上进行优化，引入多位量化并反馈结构，同时采用粒子群寻优算法（Particleswarmoptimization,PSO）对参数进行优化，基于MATLAB/Simulink软件分别搭建了四阶单环1位、3位和5位量化加反馈的调制器模型。仿真结果表明，本文所设计的调制器性能优越，结构稳定，参数具有很好的鲁棒性，在归一化输入信号条件下，1位反馈结构信噪比超过118dB，3位反馈结构信噪比超过136dB，5位反馈结构信噪比高达148dB。与此同时，本文提出了一种双量化型Sigma-Delta调制器的实现方法，先通过一个低精度ADC将模拟信号量化为数字信号，然后构造数字Sigma-Delta调制器，此方案可极大降低模拟电路中因元件失配造成的设计与制造难度，同时可采用MCU或FPGA实现，模型验证容易、周期短、成本低，结构和参数可根据需要灵活调节。 最终，本文依托ARM处理器进行外围电路搭建和调制器程序设计，完成了所设计调制器的物理实现，并成功通过测试。结果表明，本文设计的4阶单环Sigma-Delta调制器在带宽范围内噪底平坦稳定，其中3位反馈结构带宽范围内噪声基底低于-116dBv/rt(Hz)，5位反馈结构噪声基底低于-122dBv/rt(Hz)，相对传统4阶单环1位反馈结构具有明显优势；调制器测试输出结果与仿真一致，进一步验证了本文提出的双量化型Sigma-Delta调制器验证方法的可行性与有效性。
Sigma-Delta调制器;多位反馈;粒子群寻优算法;信噪比
北京化工大学
硕士
计算机技术
俞度立;李为公
2022
中文
TN761.93;TN702
2022-11-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）