高精度音频Sigma-Delta调制器综述

Sigma-Delta(Σ-Δ)模数转换器(ADC)基于过采样和噪声整形技术,可实现高分辨率,具有无源器件匹配性要求低、结构简单等特点。在高精度音频领域,Σ-ΔADC能够实现高动态范围和良好的功率效率得到了广泛的关注和应用。近年来,依托先进工艺、先进技术进行低功耗高精度的音频ADC的设计已经成为新的研究热点。然而随着工艺技术向低节点的持续发展、电源电压的不断降低,使得Σ-ΔADC的电路设计更具挑战性。该文对高精度音频Sigma-Delta调制器的离散型设计、连续型设计的研究现状进行综述,为高精度音频Sigma-Delta调制器设计提供理论支撑,并给出研究前景展望。

基于CLS技术的音频应用低功耗Δ-Σ调制器

为了提高便携式音频产品的续航能力,设计一种三阶单环单比特前馈结构的离散时间Δ-Σ调制器。采用浮动反向放大器(Floating Inverter Amplifier,FIA)作为跨导放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA),可以降低整体电路的功耗,实现良好的鲁棒性,并且不需要额外的共模反馈电路。通过相关电平移位(Correlated Level Shifting,CLS)技术可以提高开关电容积分器的直流增益,来降低增益误差。该Δ-Σ调制器采用SMIC 0.18μm CMOS工艺实现,后仿结果表明,在4 MHz的采样频率和1.2 V的电源电压下,实现了88.81 dB的信号噪声失真比(Signal-to-Noise-and-Distortion Ratio,SNDR),14.46 bit的有效位数(Effective Number of Bits,ENOB),99.157 dB的动态范围(Dynamic Range,DR),功耗仅98.676μW。

基于Δ-Σ调制技术的无线音频传输装置

本文针对有线音频传输的存在信号损耗和干扰问题,提出一种基于Δ-Σ调制技术的无线音频数字传输方案,方案利用Δ-Σ调制器对音频信号进行采集,将采集得到的高速比特流数据通过红外光的形式向外无线传输。同时为了增加接收面积,方便解决发送、接收的对准问题,利用太阳能电池对光信号进行检测和提取,光电转换后得到的接收信号经模拟开关和切比雪夫滤波器后完成音频信号的还原。实验数据表明,该方案结构简单,成本低,同时信号失真小。

离散多音频调制技术的仿真研究

首先描述了离散多音频调制技术的基本原理和工作过程,其次在Matlab环境下构建了系统仿真模型和所要求的传输信道模型,并对离散多音频调制的初始化过程和动态速率分配进行了仿真试验,计算机仿真结果显示出该调制方式的高效传输性能来自于其独特的动态比特分布。

基于动-静叶片相位调制的冷却风扇离散噪声控制

随着汽车工业的发展和人们对驾驶舒适性要求的不断提高,汽车冷却风扇组件(CFM)离散噪声水平的控制与改善日趋重要.在CFM设计的早期,寻找一种能够快速预测离散噪声的方法有助于设计师缩短设计周期,提高工作效率.为此,提出一种动-静叶片相位调制的组合方法来控制CFM的谐波噪声,即通过控制CFM叶片的角度分布参数来降低CFM噪声频谱中的二次谐波以及三次谐波成分;基于静叶(定子叶片或者支撑筋)阵列的声学百叶窗效应,设计静叶角度分布参数,使CFM噪声频谱中的一次谐波成分进一步降低,从整体上改善CFM的离散噪声水平.通过7叶片风扇分别与6静叶和8静叶的组合对所提出的方法进行实验验证,结果表明其与理论预测结果较为吻合.

应用于音频放大器的多位Σ-Δ调制器的设计

为在低过采样率下设计出高性能的调制器,通过采用级间反馈和1位AD/DAC与多位AD/DAC的混合设计,降低多位DAC非线性化而带来的噪声,进一步改善输出信号的信噪比。提出了一种应用于数字音频放大器中的多位Σ-Δ调制器结构。

数字音频设备用∑-△调制系统DA转换器TC9270F/TC9270N

TC9270F/TC9270N是一种內置数字衰减滤波器的数字音频设备用∑-△调制系统lbit DA转换器CMOS单片IC。本文介绍了TC9270F/N的功能特点及应用电路。

基于扰动调制的小波音频数字水印

基于扰动调制的音频数字水印方法,通过按声音掩蔽效应先对音频信号分段,并取离散小波变换的低频成分,按扰动调制技术嵌入已置乱的水印信息,解决了直接在低频成分嵌入水印信号所带来的敏感噪声问题.实验表明此方法对多种攻击具有较好的抗干扰能力.

200kHz信号带宽90dB动态范围的高阶Σ-Δ调制器

设计了一个在信号带宽200kHz下,动态范围超过90dB的5阶单环单比特Σ-Δ调制器,该调制器能够很好的应用于中低频GSM接收机中。为了降低电路的复杂程度,提高系统抗噪性,该调制器采用了具有前反馈和负反馈分支的Σ-Δ结构。Matlab仿真结果显示,在1.8V工作电压、0.18μ m CMOS工艺条件下,采样频率为21M Hz,SNDR为93.9dB,功耗为9.5mW,该系统具有较高实用价值。

基于相位调制的立体声音频数字水印

提出了一种可进行盲检测的数字音频水印算法。该算法利用人类听觉系统对音频相位变化的不敏感性,通过时变的全通滤波器,对原始音频信号进行相位调制。为了实现盲检测,将水印信号通过频移键控(PSK)赋值到立体声信号的左右声道上,然后采用短时离散傅立叶变换的方法对嵌入水印的音频信号进行检测。实验结果证明该算法具有良好的不可感知性和鲁棒性。

一款高性能Σ-Δ调制器的建模与设计

为了满足音频信号处理中对高精度信号的需求,设计一款单环三阶一位量化CIFB结构的Σ-Δ调制器。通过对该调制器的噪声传递函数的零极点进行优化,提高调制器的精度;并通过根轨迹法对调制器的稳定性进行判定和优化,提高调制器的稳定性。根据Matlab仿真测试显示,当输入信号的带宽为20 k Hz,采样频率为5.644 8 MHz时,该调制器的峰值信噪比达到114.9 d B,有效位数为18.8 bit,最大归一化稳定输入信号幅度为-2.79 d BFS,动态范围为109 d B。这说明该调制器不但拥有较高的信噪比,同时还具有良好的动态范围,因此该调制器能够实现音频信号高精度的转换。

高精度低功耗多位量化∑-Δ调制器的设计

为了解决目前音频应用模数转换器(ADC)功耗过大的问题,提出了模数转换器低功耗设计的目标。在系统设计方面,合理选择过采样率、调制器阶数、量化位数,保证了在满足性能要求的情况下优化信号最大输入幅度和功耗;在考虑各种非理想因素的影响时,结合Simulink进行了详细的验证,获得了功耗优化的模块指标;在电路设计上部分模块采用了新结构,简化了电路模块构成,相应地减小了功耗。通过SPICE仿真得到调制器的功耗降低至200μW左右,证明了此设计达到了低功耗的优化目的。

一种基于混沌调制和双变换域的音频水印算法

针对传统音频水印算法不能实现盲提取和水印的安全性、鲁棒性不强,提出一种改进算法。采用Logistic混沌序列对降维后的水印信号作进行调制,再结合离散小波变换的多层分辨能力和离散余弦变换的能量汇聚特性,通过修改双变换域的中低频系数,在载体音频中嵌入水印信息。仿真实验表明改进算法具有更好的安全性和鲁棒性。

基于带宽受限的100 GPON先进调制格式比较

随着云业务、视频业务和移动互联业务的快速发展,5G光接入网对于传输容量的需求日益迫切。接入网段日益增长的带宽需求不仅要求更高的传输速度,还需要保持较低的系统成本。但是成熟的商用低成本光电器件的带宽通常是有限的,当传输速率很高时,带宽明显小于信号的波特率。考虑到低成本光学器件的有限带宽,采用具有高频谱效率的先进调制格式,如PAM,CAP以及DMT是很有潜力的选择。主要针对光接入网器件带宽受限的问题,在带宽受限的100 G无源光网络中,仿真对比了三种先进调制格式的性能,分析了三种调制格式传输20 km SSMF后的接收灵敏度和功率预算,还讨论了他们的热噪声性能和抗色散性能。

离散多音频技术在可见光通信中的应用

针对室内300~800lx白光LED照明环境,建立了一种基于离散多音频调制技术(DMT)的可见光通信(VLC)系统模型,在多径传输信道模型中对其性能指标进行评估。在400lx光照强度下,误码率为10-3和10-6时,使用DMT调制技术数据传输速率分别为260Mbit/s和220Mbit/s,相对于相同条件下多脉冲幅度调制(M-PAM)基带传输系统分别提高了44.4%和37.5%。分析结果证明,可见光通信系统中,离散多音频调制技术不仅能对抗可见光通信中的码间串扰和热噪声,而且在有限带宽限制下显著提高了数据传输速率。

用于短距离光通信系统中的先进调制格式研究

在长距离光通信系统中,采用高阶外调制和相干接收技术来提高系统总的传输容量。但是在短距离光通信系统中更倾向于使用低成本的直接调制-直接检测技术,此时,要实现高速、大容量传输就必须采用多电平调制。目前国际上主流的调制方案有三种:PAM(脉冲幅度调制)、DD-OFDM(直接检测-正交频分复用)调制和CAP(无载波幅度相位)调制,文章对这三种方案的原理与性能进行了分析与比较,希望以此作为未来短距离大容量光通信系统设计的依据。

DMT调制技术及其比特分配研究

本文介绍了离散多音频调制技术的基本原理和实现方法，详细讨论了ＤＭＴ调制技术中的比特分配，并给出计算机仿真实验结果。

一种3阶Mash结构的Σ-Δ音频数模转换器

针对传统的Mash结构由于各级失配导致信噪比低的问题,本文采用一阶相位累加器来实现传统的sigma-delta(Σ-Δ)架构,并将其采用硬件描述语言来实现,这样整个系统均在数字域实现,从根本上解决了各级间的失配问题.在插值滤波器的设计上,使用优化了的半带滤波器结构和级联积分梳状滤波器,节省了硬件资源.电路采用的是Magnachip 180nm 1P4M标准CMOS工艺,芯片面积只有0.2025mm^2(0.45×0.45),实测芯片得到的信噪失真比(SNDR)达到90d B.

DMT调制技术在xDSL中的应用

本文介绍了离散多音频(DMT)技术的原理和实现方法,并详细讨论了DMT在xDSL中的应用。