数字音频技术(第6版) 754

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　　第18章∑-△转换与噪声整形727
　　比特Σ-Δ转换器输出的是满幅度的正脉冲或负脉冲。不过，它们本身内在固有的粗量化导致了较高的本底噪声。因此，为了获得良好的带内动态范围性能，需要使用更高阶的噪声整形外，1比特转换器很容易受到调制器时钟的相位时基抖动的影响。相对较小的时基抖动电平就能在1比特信号中产生一个满幅度的误差。多比特∑-△Δ转换器使用了多个量化梯级，这将在带内和带外产生相对较低的本底噪声。这就允许使用相对较低的过采样比率，同时也能使用较低阶的噪声整形。此外，多比特转换器使用了较小的量化梯级，这就让它们对相位时基抖动具有更高的容忍度
　　仍旧必须倍加小心才能获得良好的线性度。一般来说更高质量的音频应用中会采用多比特∑-△转换器。
　　比特∑-△转换器本身是线性的，任何电平上的不匹配都将导致一个偏移量。不过，多比特∑-△转换器可能存在元件失配，这将导致噪声和失真。在这种结构中，一个电容或电阻元件被分配给一个固定的编码；微小的变动将产生一个失配。例如，假设有32个元件1%的失配将产生大约0.1%的THD+N失真。这个失真也是与信号相关的。为了处理这个失配，可以在每个周期内把各个编码随机分配给不同的元件，但这将增加噪声。假设使用32元件，过采样比率为128，则1%的失配将导致动态范围只有80dB。动态元件匹配（D Element mate
　　DEM）是常见的解决方案，用于降低多比特转换器内各个转换元件中失配误差所产生的影响。采用DEM以后，各个模拟电容元件被相互交换，因此失配误差被平均到接近于零。DEM可以在调制器之后采用开环噪声整形把误差转换成低电平的良性噪声。例如，可以根据输入数据的权重循环选择各个元件。这将对失配进行平均，而由失配产生的噪声则被一阶噪声整形。在其他设计中，失配整形功能可以放置在Σ-Δ反馈环路内部。经过了随机化的误差被调制器整形，进一步降低了带内电平。假设使用32个元件、过采样比率28，则1%的失配将导致120dB的动态范围。
　　各种∑-△△转换方法在数字音频产品中得到了广泛的使用。这些技术在AD和DA应用中极具竞争力，因为它们回避了对模拟砖墙式滤波器的需求。虽然∑-Δ方法使用了一些常见的技术（比如过采样），但仍需要进行高度复杂的处理，才能实现噪声整形并因此降低较高的带内噪声，否则这些噪声将出现在Σ-Δ转换中。人们已经设计出了各种∑-△AD和DA结构，它们采用了不同的算法和不同的噪声整形阶数18.1.1△调制
　　在PCM中
　　信号被采样，并被量化到各个离散的梯级上；信号的最大幅度决定了化器的最大范围。传统的 PCM A/D和D/A转换器如图18.2A所示。量化误差在奈奎斯特频带
　　（从0一
　　为采样频率）内是均匀分布的，并且不能从信号中移除。如果以一个更高的采样频率 Rxf Hz进行量化（其中R为过采样比率），则这个误差就分布在宽度为R×f/2H的