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第18章∑-△转换与噪声整形735
噪声整形器更不容易出现这种问题,因为它们的输出图样更不稳以,几乎所有的∑-△
转换器都使用至少二阶的调制器环路。不过,在很多多级设计中,这种效应在每一级被级联的低阶电路级中会发生。因此,在第一级中加入一个抖动信号从而打乱任何固定的图样并移除相关性,这一点是很重要的。在多比特转换器中加入抖动最有效,而在真正的1比特转换器中加入抖动则不那么有效。一般来说,通过进行三角形概率密度函数抖动可以让多比特转换器完全线性化,这个抖动信号能消除噪声调制,但会略微提升本底噪声的水平。可以感觉到,不能对真正的1比特转换器进行完全的抖动处理,因为这会让调制器过载。在真正的比特转换器中,抖动处理既有优点也有缺点,目前还没有找到最优化的抖动方法;有时采用其他方法对转换器进行线性化
有限周波是指一个不断重复的输出序列。它将产生假性的谱线,并有可能在输出中产生可闻失真。即使在简单的噪声整形器中,对于某些输入信号(比如一个直流信号)也有可能出现有限周波。这些有限周波的出现也取决于噪声整形器滤波器的初始状态。有限周波一般都可以通过添加足够的抖动来避免。例如,高阶噪声整形器可以使用较小的抖动电平,比如峰-峰幅度为001LSB的矩形概率密度函数的抖动更高阶的Σ-Δ调制环路提供了更宽的动态范围和更好的总体性能,但高于二阶的环路不稳定的。量化器是非线性的,因为它的等效"增益"与输入电平成反比。较大的输入信将令环路过载,降低量化器的增益,从而引发不稳定性,这种不稳定即使在信号消失以后仍然会持续下去。例如,在加电时一个上电瞬态信号可能会导致转换器开始振荡。因此,转换器通过记录比特流中相继的1或0的个数来探测不稳定性,并在需要时进行重置18.3使用二阶噪声整形的1比特D/A转换
∑-△转换器由一个数字内插滤波器、∑-Δ调制器、1比特或多比特转换器和一个低阶低通输出滤波器组成。输入的数字字具有较长的字长,它被输入到内插滤波器中,该滤波器对信号进行低通滤波,并利用过采样提升信号的采样速率。数字调制器对信号进行噪声整形并把字长降低到1比特或几个比特。例
的转移函数可以用
滤波器实现。信号
等效于被低通滤波,而量化噪声则被高通滤波。模拟输出滤波器移除了高频的经过整形以后的量化噪声,同时也移除了各个高频镜像。
在真正的1比特D/A转换器的一种实现方式中,包含了一个过采样滤波阶
噪声整形以及脉冲密度调制
adulation,PDM)输出。采样频率从441kHz提升至11.2896MHz,变为原先的256倍。同时,16bit的信号被转换成用于重建音频波形的