基于PWM和Sigma-Delta调制技术的数字音频功放的实现

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基于∑-△调制的新型数字功率放大器设计

Ｋｅｒｓｄｔｌｏｅｍｌｅ；ｖｒａｌｇｒｔ；ｙｗｏｄ：ｉａｗｒａｐｉｒｏｅ —ｓｍｐｉａｅＥ—Ａｄｌｔｎｎｉｈｐｎ；ｔｐｌｔｎｆｔｒｐｉｆｎｍｏｕａｏ；ｏｓｓａｉｇｉｅｏａｉｌｉｉｅｎｒｏｉｅｎｇ
值与输入数字信号比较实现脉宽调制（Ｗ，自ＰＭ）有然采样法、则采样法、规中点采样法等，些都是固这
定载波频率调制方法，经过频谱分析可知，样的数这字ＰＷＭ调制方案将引入谐波和非谐波失真，得使带内噪声很大 … １。为了减少波形的失真度，过增通加过采样率，提高开关速度来解决。但是，保证了一定的载波比，数器的计数频率将会相当高，计商业实现就非常困难还会带来两个问题：是开关损耗２，一
Ｃａｓｌ —Ｄａｌｅｉｕｔｓｄｓｎｄｂｅｎｔｅｏｅ — ｓｍｐｉｇｉｔｒｏａｉｎｆｔｒｇａｄ一Ａｄｌ－ｓｍｐｉｒｃｒｉｙｉｅｉｅａｄｏｖｒａｌ，ｎｅｐｌｔｌｉｉｆｃｒｇｓｈｎｏｉｅｎｎｍｏｕａｔｎＭｏｅｉｇａｄｓｌｔｎａｅｐｒｒｄ．ｓｌｈｗｔａｈｅｉｅｏｅｐｉｅａｕｅｙｈｇｉ．ｄｌｉａｉｒｅｏｍｅＲｅｕｔｓｏｔｅｄｓｎｄｐｗｒａｌｒｉｆｔｒｄｂｉｏｎｎｍｕｏｆｓｈｔｇｍｉｆｓｅｈ

高性能sigmadelta调制器研究及实现

layout of modulator is designed in Virtuoso environment, and it is verified by Calibre.
When adding a sine wave with frequency of 20KHz and amplitude of 0.75V, the
图 1-2 ADC 的结构框图
Nyquist转换器指采样频率是信号频率两倍的转换器，其主要的特征是：采样速率和转换速率相同。转换速率、分辨率和功耗是ADC中最为重要的性能指标，这三个指标相互联系、相互制约，因此，很难用某一个指标来衡量ADC性能的好坏。有些文章 [3~4]提出了下述表达式：
FOM
Sigma Delta modulators and the design flow of high-performance modulators are firstly
provided, and then noise transfer function (NTF) of modulator is optimally designed,
application of mixed signal interfaces due to low sensitivity to analog component
imperfections and easy implementation in standard CMOS technologies.
In this thesis, the methodology of Top-Down design is adopted. Basic knowledge of
Noise transfer function
Macro-model

用于音频的高精度Sigma-Delta调制器的研究与设计

摘要本论文对用于音频的四阶单比特开关电容Sigma-Delta调制器的整个设计过程进行了研究。

首先，调制器采用了输入前馈结构，调制器中有一条从输入到量化器的信号通路，这样输入信号成分将不再出现在环路滤波器中，积分器的输出摆幅就不用像反馈结构那样大，即减小了对积分器输出摆幅的要求。

由于这个优点，调制器的功耗可以较小。

为达到18位有效分辨率ADC的要求，本文选定了合适的调制器阶数、过采样率、量化器位数等。

由于单环结构对模拟电路非理想性和器件失配的不敏感，设计中采用了单环结构来实现四阶调制器。

然后，利用Delta-Sigma Toolbox对设计的调制器进行了理想系统和非理想系统建模，并在Matlab/Simulink环境下进行了仿真，结果显示设计的的调制器在输入信号带宽20 kHz，采样频率5.12MHz时，可达到118.4dB的信噪失真比。

其次，本文对Sigma-Delta调制器的开关电容电路实现进行了分析和设计。

设计的调制器在SMIC 0.18μm 1P6M CMOS工艺条件下实现，包括四个由全差分跨导运算放大器OTA构建的开关电容积分器、一个动态比较器、反馈DAC、两相非交叠时钟电路和带隙基准电压源等模块。

同时，本文还完成了调制器的版图设计。

经Cadence/Spectre仿真器仿真，结果显示调制器各模块性能良好，整体调制器电路可达到108.5dB的SNDR和17.72bits的ENOB。

设计的单环四阶开关电容Sigma-Delta调制器采用SMIC 0.18μm 1P6M CMOS工艺设计实现，采用CRFF结构、一位量化、128的过采样率。

该调制器在输入信号带宽20kHz、采样频率5.12MHz、电源电压1.8 V条件下，SNDR可达到108.5dB，功耗仅3.28mW，适用于音频领域和其他的便携式设备。

关键词：Sigma-Delta调制器；开关电容技术；高精度；音频应用；AbstractIn this thesis, the complete design procedure of a fourth-order single-bit switched-capacitor Sigma-Delta modulator for audio application is presented.Firstly, the input-feedforward topology which has an extra signal path from the input of the modulator to the quantizer is employed, as a result, the signal component will not appears in the loop filter and the voltage swings of integrators do not need to be so large as the feedback topology modulator. Due to this advantage, the power of modulator could be smaller. Then the order of modulator, the oversampling ratio, bits of quantizer are established to meet the requirements of 18-bits ENOB of ADC. A single-loop architecture which is not sensitive to analog non-idealities and component mismatch is adopted. The behavioral model, with and without non-idealities, of modulator is builted with Delta-Sigma Toolbox, and the behavioral simulation results of designed modulator in Matlab/Simulink indicate that the modulator could achieve 118.4dB SNDR(signal to noise and distortion ratio) in a signal bandwidth of 20kHz with a sampling frequence of 5.12MHz.Secondly, the switched-capacitor circuit implementation of Sigma-Delta modulator is analysed and designed. The modulator is implemented in SMIC 0.18μm 1P6M CMOS process, which includes four SC integrators builted with fully differential OTA, a dynamic comparator, feedback DAC, two phases non-overlapping clock circuit and bandgap voltage reference etc. Then the layout of the modulator is also accomplished. Simulated with Cadence/Spectre simulator, performance of all modules is good and the whole modulator circuit achieves 108.5dB SNDR, 17.72bits ENOB.In conclusion, the desiged single-loop fourth-order SC Sigma-Delta modulator implemented in SMIC 0.18μm 1P6M CMOS process is presented in this thesis. The CRFF topology, 1-bit quantizer, 128 OSR are adopted in this modulator, the simulation results demonstrate that the modulator can achieve 108.5dB SNDR in a signal bandwidth of 20kHz with a sampling frequence of 5.12MHz and 1.8V supply, and the power is only 3.28mW, which is applicable to audio application and other portable devices.KeyWord: Sigma-Delta Modulator; switched-capacitor technology; high resolution; audio application;目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论................................................................................................................- 1 - §1.1 研究背景、现状及研究意义........................................................................- 1 - §1.2 本文的主要工作及内容安排........................................................................- 3 - 第二章Sigma-Delta调制器的基本原理.....................................................................- 5 - §2.1 奈奎斯特率ADC与过采样ADC................................................................- 5 - §2.2 量化误差与Sigma-Delta ADC关键技术.....................................................- 6 - §2.2.1 量化误差.............................................................................................- 6 - §2.2.2 过采样（oversampling）....................................................................- 8 - §2.2.3 噪声整形（noise shaping）................................................................- 9 - §2.3 Sigma-Delta 调制器体系结构.....................................................................- 11 - §2.3.1 一阶Sigma-Delta调制器..................................................................- 11 - §2.3.2 二阶Sigma-Delta调制器..................................................................- 13 - §2.3.3 高阶单环Sigma-Delta调制器..........................................................- 15 - §2.3.4 MASH结构Sigma-Delta调制器.......................................................- 16 - §2.3.5 多位量化Sigma-Delta调制器..........................................................- 17 - §2.4 Sigma-Delta调制器的性能指标..................................................................- 18 - §2.5 小结............................................................................................................- 19 - 第三章Sigma-Delta调制器系统级设计与仿真........................................................- 20 - §3.1 结构选择及参数确定.................................................................................- 20 - §3.1.1 过采样率选择...................................................................................- 21 - §3.1.2 量化器位数选择...............................................................................- 21 - §3.1.3 调制器阶数选择...............................................................................- 21 - §3.1.4 结构选择...........................................................................................- 22 - §3.2 调制器中各系数的确定.............................................................................- 26 - §3.3 理想系统仿真.............................................................................................- 31 - §3.4 Sigma-Delta调制器非理想性分析..............................................................- 33 - §3.4.1 积分器的非理想性............................................................................- 33 - §3.4.2 开关非理想特性...............................................................................- 35 - §3.4.3 噪声分析...........................................................................................- 37 - §3.5 非理想系统仿真.........................................................................................- 40 -§3.6 小结............................................................................................................- 42 - 第四章Sigma-Delta调制器电路级设计与仿真.......................................................- 43 - §4.1 开关电容积分器的设计.............................................................................- 44 - §4.1.1 积分器中运算放大器的设计............................................................- 45 - §4.1.2 开关电容积分器中开关的选择........................................................- 50 - §4.2 一位量化器的设计.....................................................................................- 51 - §4.3 反馈DAC的设计.......................................................................................- 52 - §4.4 两相非交叠时钟的设计.............................................................................- 53 - §4.5 带隙基准电压源的设计.............................................................................- 54 - §4.6 调制器整体电路仿真.................................................................................- 58 - §4.7 小结............................................................................................................- 59 - 第五章Sigma-Delta调制器版图设计.......................................................................- 60 - §5.1 版图设计考虑.............................................................................................- 60 - §5.2 调制器版图设计.........................................................................................- 61 - §5.3 小结............................................................................................................- 65 - 第六章总结与展望...................................................................................................- 66 - §6.1 论文工作总结......................................................................................- 66 - §6.2 工作展望..............................................................................................- 66 - 参考文献....................................................................................................................- 68 - 致谢..........................................................................................................................- 72 - 作者在攻读硕士期间主要研究成果..........................................................................- 73 -第一章绪论第一章绪论§1.1 研究背景、现状及研究意义现代社会中，电子产品充斥着人们生活的角角落落。

基于Fusion器件的数字音频处理系统及PWM变换电路的实现

基于Fusion器件的数字音频处理系统及PWM变换电路的实现指导教师：孙冬参赛队员：吕效军张晋宇王培胜郑州轻工业学院电气信息工程学院第二届“Actel杯”中国大学生FPGA设计竞赛摘要在多媒体技术蓬勃发展的今天，人们对于音频放大器的要求越来越高，包括缩小产品尺寸、减小热量散发、支持音频多通道和高保真等等都已成为评估音频放大器的一些基本要素，如何使音频放大器能够同时达到以上的要求成为设计的关键，在这种情况下D类音频放大器开始受到了人们的重视。

本课题来源于ZLG杯FPGA大学生电子科技竞赛：基于Fusion器件的数字音频处理系统及PWM变换电路的实现。

其研发在于应用Fusion器件的开发板，设计一种D 类功率放大器，并采用Verilog语言设计PWM变换电路。

本课题属于基础理论、算法和产品的研究。

目标是彻底弄清楚∑△调制应用于D类放大器的原理。

在对国外D类数字音频放大器相关的研究情况进行了广泛细致的调研的基础上，对D类音频处理算法进行了认真的研究。

研制了数据接口、数字滤波器、∑△调制器、数字脉宽调制器等模块并将其构成了一个完整的音频处理系统。

论文对D类放大器的原理结构，数字音频算法进行了详尽的阐述，并介绍了电路内部各个模块的功能。

∑△调制器是本课题设计的重点，也是其中的难点，本文从调制器的原理分析入手，详细的介绍了单环多阶调制器的设计与实现，并采用matlab 软件对一阶、二阶和三阶调制器进行了仿真，为实践研究提供了有力的理论依据，给出了Verilog源程序。

同时，提出了本设计方案中存在的问题，为了解决H桥式电路开关频率的限制，给出一种新的MASH调制器结构，为今后的研究指明了方向。

关键字：Fusion FPGA，delta-sigma，D类放大器AbstractNowadays,with the rapid development of mutimedia technology,more and more requirements are being put forward to the audio amplifiers,including reducing the sizes and caloric emission of products,supporting multi-channel audio and Hi-Fi.The items above have become some elements of evaluating audio amplifiers.How to make audio amplifiers to conform to all the items above,has become the key of design.Under the circumstances,people has started to place importance on class-D audio amplifiers.The subject, Digital audio processing system based on Fusion FPGA devices and design of PWM transform circuits,is from ZLG cup of Electronic Science and Technology University Students FPGA race. This subject is to apply R & D Fusion device development board and design a Class D power amplifier, and design PWM Converter by using Verilog language,and completely apply delta-sigma modulation to class-D amplifier.After research on some information from abroad about class-D digital audio amplifier,more research are done on class-D audio processing algorithm.In the project,the modules have developed which include data interface,digital filter,sigma-delta modulator,digital pulse width modulator and so on,and then put them together to make a complete audio processing system.The essay not only includes the principle and architecture of class-D amplifier,the digital audio algorithm,but also introduces the function of each module in the circuit.The design of Σ△ modulator is the focus of this issue,and also one of the difficulties.This article startly analyzes the principle of the modulator, and detailed introduces the design and implementation of single-loop multi-stage modulator, then simulate first order、second order and third-order modulator， and offers a strong theoretical basis for the practice research later, and shows the Verilog source code. At the same time, the problem of the design is introduced, in order to solve the H-bridge circuit switching frequency limitations, and give a new structure of the MASH modulator for the future research.Key word:Fusion FPGA，Sigma-Delta Modulation,D-class Amplifier目录1绪论 (1)1.1课题研究背景及来源 (1)1.2 国内外研究现状 (3)1.3本文研究主要内容 (3)2数字音频处理系统方案设计 (4)2.1 Fusion器件 (4)2.2方案设计 (4)2.2.1技术方案比较 (5)2.2.2应用技术分析 (5)2.3功能特点 (5)2.4主要技术指标 (5)3系统硬件设计 (6)3.1系统硬件整体设计 (6)3.2 前级音频处理电路 (7)3.3 FPGA处理电路 (7)3.4 H桥驱动及保护电路 (7)3.5单片机人机接口电路 (8)4 ∑△调制器的原理、分析与设计 (10)4.1过采样技术 (10)4.2 ∑△调制器的噪声整形 (11)4.3 二阶与高阶∑△调制器 (14)4.4∑△调制器的种类 (15)4.5单环一比特量化调制器分析 (16)4.5.1单环拓扑 (16)4.5.2一阶调制器仿真 (16)4.5.3 二阶调制器仿真 (17)4.5.4 三阶调制器仿真 (18)5系统软件设计 (19)5.1 FPGA模块设计 (19)5.2 IIS接口模块设计 (19)5.2.1 IIS信号格式 (19)5.2.2 IIS的实现 (19)5.3滤波器设计 (22)5.3.1半带滤波器 (22)5.3.2插值滤波器 (23)5.4 ∑△调制器设计 (25)5.4.1一阶调制器设计 (25)5.4.2二阶调制器设计 (27)5.5 FFT变换模块设计 (29)5.5.1 算法原理 (29)5.5.2 倒序的实现 (29)5.5.3 旋转因子pNW的规律 (30)5.5.4 16点基2时间抽取FFT运算流图 (31)5.6模拟输入部分 (31)5.7单片机部分 (31)6结论 (33)6.1硬件设计成果 (33)6.2 系统设计验证 (34)7展望 (36)7.1 设计中存在的问题 (36)7.2 多级噪声抑制调制器 (36)7.3 MASH结构的优点与缺点 (37)7.4 未来的研究内容 (38)参考文献 (399)1绪论随着CD、DVD、因特网等数字音源的迅猛发展和普及，急需与之相适应的数字音频功率放大器，随着社会的发展，能源的利用率、环保也渐成为人们所关注的问题，为此，世界上许多半导体厂家和电子器件公司正致力于研发实用、高效、类型各异的数字音频功率放大器。

高精度低功耗音频Sigma-Delta调制器设计的开题报告

高精度低功耗音频Sigma-Delta调制器设计的开题报告一、研究背景和意义随着无线通信和数字音频技术的不断发展，人们对数字信号处理和音频技术的要求越来越高。

其中，音频信号的数字化处理是必不可少的环节。

而低功耗、高精度的音频Sigma-Delta调制器则是实现音频数字化处理的重要组成部分。

因此，对高精度低功耗音频Sigma-Delta调制器的研究与设计具有重要的研究意义和应用价值。

二、研究现状目前，针对音频Sigma-Delta调制器的研究主要集中在其工作原理、性能优化和设计方法等方面。

其中，关于低功耗音频Sigma-Delta调制器的研究主要集中在降低功耗和提高精度两个方向。

在降低功耗方面，研究者主要采用以下几种方式：降低运算精度、采用超低功耗电路、采用自适应算法等。

在提高精度方面，研究者主要采用以下几种方式：采用更高位数的Delta-Sigma结构、优化滤波器的性能、精细设计反馈路径等。

三、研究内容和方法本课题将研究高精度低功耗音频Sigma-Delta调制器的设计过程和设计方法。

研究内容主要包括以下几个方面：1. Sigma-Delta调制器的基本原理和工作模式研究；2. 分析Sigma-Delta调制器的误差来源及其影响因素；3. 研究实现低功耗和高精度的设计方法和技术；4. 利用Verilog HDL进行Sigma-Delta调制器的仿真和验证；5. 提出一种高精度低功耗Sigma-Delta调制器的设计方案。

研究方法主要采用文献调研、仿真分析、实验验证等方法。

四、预期成果和意义本课题预期能够设计出一种高精度低功耗的音频Sigma-Delta调制器，具有以下特点：可支持高质量的数字音频处理；达到极低的功耗水平；具有较高的运算精度。

这将有助于提高数字音频处理的性能和效率，为数字音频技术的应用发展提供重要的技术支撑。

一种基于反相器的音频应用低功耗Sigma-Delta模数转换器

一种基于反相器的音频应用低功耗Sigma-Delta模数转换器柯强;卫宝跃;梁帅;刘昱;张海英【期刊名称】《微电子学与计算机》【年(卷),期】2016(33)8【摘要】为实现音频应用低功耗Sigma-Delta模数转换器的设计,采用基于反相器的设计方法.模数转换器中Sigma-Delta调制器采用单环三阶前馈结构,以及基于反相器的开关电容积分器设计,并采用恒定跨导偏置LDO精确调整反相器的工作点,提高电路稳定性.该Sigma-Delta调制器采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,在采样频率6.144 MHz下,24kHz音频信号带宽内,信噪失真比(SNDR)为91.5dB,动态范围(DR)为96dB,工作电源电压为1.3V,整体功耗为0.48mW,满足高性能低功耗的要求.【总页数】5页(P24-28)【关键词】音频模数转换器;Sigma—Delta调制器;低功耗;基于反相器的开关电容电路【作者】柯强;卫宝跃;梁帅;刘昱;张海英【作者单位】中国科学院微电子研究所;新一代通信射频芯片技术北京市重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TN4【相关文献】1.基于共源共栅反相器的极低功耗Sigma-Delta调制器设计 [J], 陈铖颖;陈黎明;黄新栋;张宏怡2.一种基于反相器设计的低功耗音频∑△模数转换器 [J], 罗豪;韩雁;韩晓霞;刘晓鹏;曹天霖3.一种基于AD7795模数转换器的低功耗PT100温度采集系统设计 [J], DI Caiyun4.一种低功耗16bit音频Sigma-Delta调制器的设计 [J], 景新幸;包远鑫;胡胜5.一种低功耗的增益自举型C类反相器及其应用 [J], 曹天霖;罗豪;梁国;韩雁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

24位低功耗音频Sigma-Delta数模转换器数字前端实现

24位低功耗音频Sigma-Delta数模转换器数字前端实现梁帅;卫宝跃;刘昱;张海英
【期刊名称】《微电子学与计算机》
【年(卷),期】2015(0)5
【摘要】为实现24bit音频DAC的数字前端低功耗、微面积的设计,提出了一种新的面积优化方法.优化了有限冲击响应(FIR)插值滤波器结构,同时采用改进的非递归公共子式消除算法和加法器、寄存器共用的方法来减小硬件开销和面积.优化的4阶3bit Sigma-Delta调制器克服了单比特量化器需随机加抖的问题和减轻了对后续模拟重建滤波器的性能要求.该数字部分采SMIC 40nm 1P6M标准CMOS工艺设计,核心芯片面积为0.058mm2,在1.1V电源电压仿真下,得到功耗为53μW,峰值信噪比(SNR)达到了146dB,谐波失真(THD)为-150dB,实现了高性能低功耗的要求.
【总页数】5页(P36-40)
【关键词】音频数模转换器;Sigma;Delta调制器;插值滤波器
【作者】梁帅;卫宝跃;刘昱;张海英
【作者单位】中国科学院微电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN792
【相关文献】
1.音频Delta-Sigma数模转换器中高性能数字前端模块设计 [J], 赵津晨;吴晓波;赵梦恋
2.低功耗高线性度音频Sigma-Delta调制器 [J], 郭清;马绍宇;黄小伟;韩雁
3.基于PWM和Sigma-Delta调制的数字音频功率放大器的实现 [J], 彭振兴;林涛
4.一种低功耗16bit音频Sigma-Delta调制器的设计 [J], 景新幸;包远鑫;胡胜
5.一种基于反相器的音频应用低功耗Sigma-Delta模数转换器 [J], 柯强;卫宝跃;梁帅;刘昱;张海英
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基于△∑调制的数字音频功率放大器研究的开题报告

基于△∑调制的数字音频功率放大器研究的开题报告一、选题背景及意义随着数字音频技术的不断发展，数字音频功率放大器的应用越来越广泛。

数字音频功率放大器作为音频产业链中的重要组成部分，其功率、效率、音质等特性直接影响音频产品的质量和性能。

因此，数字音频功率放大器研究具有重要的实际应用意义。

近年来，基于△∑调制的数字音频功率放大器成为了数字音频功率放大器研究的热点。

△∑调制是一种高度集成、高性能的数字调制方法，具有抗干扰能力强、低功耗等优点。

与传统的PWM调制相比，△∑调制可以更好地保持信号的动态范围和音频质量，因此在音频场合得到广泛应用。

而基于△∑调制的数字音频功率放大器，具有高效率、低失真、低噪声等优点，其优异的性能令人瞩目。

因此，本研究将着眼于基于△∑调制的数字音频功率放大器，探讨其原理、特点及实现方法，旨在为数字音频功率放大器的结构设计和性能优化提供理论支持。

二、研究内容及方法1. △∑调制原理及其在数字音频功率放大器中的应用2. 基于△∑调制的数字音频功率放大器的结构设计和实现方法3. 数字音频功率放大器的性能指标及优化方法为了实现上述研究内容，本研究将采用文献研究法、实验研究法和理论分析法相结合的方法进行研究，力求全面深入地探讨数字音频功率放大器的基本原理及其在应用中的注意事项。

三、预期成果及意义本研究预期通过对基于△∑调制的数字音频功率放大器的研究，得出以下成果：1. 确定数字音频功率放大器的结构设计和实现方法；2. 分析数字音频功率放大器的性能指标及优化方法；3. 验证数字音频功率放大器的优异性能。

本研究的成果将为数字音频功率放大器的结构设计和性能优化提供理论支持，具有一定的理论和实际应用意义。

音频输出芯片

音频输出芯片音频输出芯片是一种集成电路（IC），用于将数字信号转换为模拟音频信号，并驱动音频设备（如扬声器、耳机等）。

它扮演着将数字音频信号转换为人耳可听到的声音的关键角色。

下面将详细介绍音频输出芯片的工作原理、特点以及应用领域等方面。

一、工作原理音频输出芯片通常由多个功能模块组成，包括数字音频处理单元（DSP）、数字模拟转换器（DAC）、功率放大器等。

其工作原理如下：1. 数字音频处理单元（DSP）：接收并解码传输过来的数字音频信号。

它可以通过一系列算法和处理来提高音频质量，例如降噪、回声抑制等。

2. 数字模拟转换器（DAC）：将数字信号转换为模拟音频信号。

DAC使用一种数值精度较高的模拟电压来生成与数字输入对应的模拟输出。

其主要通过PWM（脉宽调制）或Delta-Sigma调制的方式来实现，从而保证音频信号的准确性和保真度。

3. 功率放大器：将经过DAC转换的模拟音频信号放大，使其能够驱动扬声器或其他音频设备。

功率放大器的输出功率决定了音频设备的最大音量和音质。

二、特点1. 高保真度：音频输出芯片具有高精度的DAC，可以保持音频信号的原始质量，还原出高保真的音频效果。

2. 低功耗：音频输出芯片在转换和放大过程中，尽可能减少功耗，以延长电池寿命，适合应用于便携式音频设备。

3. 多功能集成：音频输出芯片通常还集成了一些其他功能，如音效增强、低噪声放大器、防爆音等，以满足不同使用需求。

4. 低延迟：音频输出芯片在处理数字信号和转换为模拟信号的过程中，尽可能减少延迟时间，以确保音频和视频的同步性。

5. 低失真：音频输出芯片通过设计和技术手段降低失真率，以提供更真实、清晰的音质。

三、应用领域音频输出芯片广泛应用于各种音频设备中，包括但不限于以下领域：1. 个人音频设备：如便携式音乐播放器、手机、平板电脑等。

2. 家用音频系统：包括家庭影院系统、立体声音响、音频放大器等。

3. 汽车音频系统：用于汽车音响系统的音频处理和放大，以提供高品质的音乐体验。

Sigma-Delta DAC的研究与仿真的开题报告

Sigma-Delta DAC的研究与仿真的开题报告一、研究背景随着信息技术和通信技术的迅猛发展，在数字信号处理领域中，数字模拟转换器（DAC）作为数字信号与模拟信号之间的一个重要接口，扮演着至关重要的角色。

传统的DAC结构采用的是PWM（脉宽调制）输出，由于存在很大的噪音和非线性，会对系统性能产生较大的影响。

而Sigma-Delta（ΣΔ）调制技术由于其具有抗干扰性好、信号处理精度高等特点，在数字信号处理领域中得到了广泛的应用。

Sigma-Delta DAC（ΣΔ-DAC）结构中，采用ΣΔ调制器对数据进行处理，通过数学运算减少输出信号带宽内的量化误差，大大提高了DAC的性能和精度，同时也降低了成本和功耗。

因此，研究和仿真Sigma-Delta DAC具有重要的实际意义和深远的学术意义。

二、研究目的通过研究和仿真Sigma-Delta DAC的原理和特点，掌握基于ΣΔ调制技术的DAC设计方法，深入了解ΣΔ调制器的工作原理和数字信号处理的相关知识，进而为开发高性能、低功耗的Sigma-Delta DAC提供参考，并为进一步深入研究相关领域奠定基础。

三、研究内容1. Sigma-Delta DAC的基本原理和特点2. Sigma-Delta调制器的结构和工作原理3. Sigma-Delta DAC的数字信号处理流程4. Sigma-Delta DAC的设计方法和实现技术5. Sigma-Delta DAC的性能评价和仿真分析四、研究方法1. 文献资料及网络资料查询通过查阅相关文献、学术论文和网络资源，了解Sigma-Delta DAC 的基本概念、工作原理、应用场景等方面的信息。

2. 软件仿真分析使用国内外常用的电路仿真软件，如LTspice和ModelSim等，模拟设计和实现Sigma-Delta DAC的过程，分析和评估其性能和可行性。

五、预期成果1. 掌握Sigma-Delta DAC的基本概念、工作原理和实现方法2. 实现一个基于Sigma-Delta调制技术的DAC电路3. 对Sigma-Delta DAC的性能指标进行评价和仿真分析4. 撰写一篇论文，总结Sigma-Delta DAC的研究过程、实现方法和仿真结果，探讨其应用前景和未来发展方向。

基于MATLAB的Sigma-Delta ADC中数字滤波器设计

Ｓｉｇｍａ — ＤｅｌａｔＡＤＣ在高精度ＡＤＣ设计中广泛得到应用，其基本原理是通过ＳＤＭ的过采样将量化噪声推向高频，并
滤波器设计
董阳，彭晓宏，吴艳伟
（北京．Ｙ－业大学北京１００１２４）
摘要：为了将Ｓｉｇｍａ — ＤｅｌｔａＡＤＣ中的ＳＤＭ（Ｓｉｍａｇ－ＤｅｌｔａＭｏｄｕｌａｔｏｒ）的输出码流降采样以达到Ｎｙｑｕｉｓｔ采样频率，基于实际的ＡＵＤＩＯＣＯＤＥＣ项目，本文对两种数字滤波器（ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）和ＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ））的ＭＡｒＩ１Ｂ设计进行了描述和比较。其所需处理的ＳＤＭ输出码流的过采样频率为１１．２８９６ＭＨｚ，数字滤波器完成
中图分类号：ＴＮ３０２；ＴＮ４３２
文献标识码－６２３６（２０１５）１０－０１７５ — ０４
ＤｅｓｉｇｎｏｆｄｉｇｉｔａｌｉｌｆｔｅｒｆｏｒＳｉｇｍａ・ＤｅｌｔａＡＤＣｂａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ
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一种16位音频Σ-Δ DAC的设计与实现的开题报告

一种16位音频Σ-Δ DAC的设计与实现的开题报告
问题陈述：
音频DAC（Digital-to-Analog Converters）是将数字信号转换成模拟信号的一个重要器件，应用于音频人机接口、音频播放器、音频采集、音频处理等领域。

Σ-Δ调制是一种比较流行的数字信号处理技术，Σ-Δ DAC是一种基于Σ-Δ调制实现的音频DAC。

本课题将研究一种16位音频Σ-Δ DAC的设计与实现。

该DAC应能够满足音频播放、
音频采集、音频处理等应用场景的要求，具有较高的信噪比、低失真、低功耗等特点。

计划的研究内容：
1. 研究Σ-Δ调制的原理和实现方法，了解各种Σ-Δ调制器的特点和性能指标，掌握Σ-Δ
调制器的设计流程和实现技巧；
2. 设计16位音频Σ-Δ DAC的数字部分，将数字信号转换成Σ-Δ调制器的输入信号，优化Σ-Δ调制器的性能指标，包括信噪比、失真、动态范围等；
3. 设计16位音频Σ-Δ DAC的模拟部分，将Σ-Δ调制器的输出信号转换成模拟信号，优化模拟电路的性能指标，包括信噪比、失真、输出功率等；
4. 对设计的16位音频Σ-Δ DAC进行仿真和测试，验证其满足音频播放、音频采集、
音频处理等应用场景的要求，评估其性能指标，对设计进行改进和优化。

预期的研究结果：
1. 实现一种16位音频Σ-Δ DAC的设计与实现，具有较高的信噪比、低失真、低功耗
等特点，能够满足音频播放、音频采集、音频处理等应用场景的要求；
2. 验证所设计的16位音频Σ-Δ DAC的性能指标，包括信噪比、失真、动态范围等；
3. 对设计的16位音频Σ-Δ DAC进行改进和优化，提高其性能指标，包括信噪比、失
真等。

低功耗高性能音频SigmaDelta调制器设计开题报告

低功耗高性能音频SigmaDelta调制器设计开题报告
一、研究背景和目的
音频信号处理是当前智能音频设备和音频处理技术的一项重要研究方向。

其中，SigmaDelta调制器被广泛应用于音频系统中的模数转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）中，因为它能够在低频带实现相对高的精度，同时具有低功耗、低噪声、抗干扰等优点。

因此，本文旨在设计一种低功耗、高性能的音频SigmaDelta调制器，以提高音频系统的传输质量和节能效率。

二、研究内容和方法
1. 调制器结构设计：分析SigmaDelta调制器结构，探索不同结构对音频信号传输的影响，设计一个适用于音频系统的高效、稳定的调制器结构。

2. 功耗优化：在保证音频传输质量的前提下，对SigmaDelta调制器进行功耗优化，采用低功耗技术，如PSM（Pulse Skip Modulation）技术等，减小器件功耗，提高节能效率。

3. 仿真及分析：利用SPICE软件进行仿真，针对不同频段对调制器的性能进行分析和优化，选取适当的参数和工艺。

三、研究意义和预期结果
本研究将可以设计出一种低功耗高性能的音频SigmaDelta调制器，能够在音频信号传输中实现更高的精度和更低的噪声，同时具备比较好的抗干扰能力和较高的节能效率。

该研究将对音频系统的发展以及未来的音频处理技术做出重要贡献。

UPWM型数字D类音频功放关键技术研究

UPWM型数字D类音频功放关键技术研究随着电子产品便携化、数码化的发展，数字D类音频功放由于其较高的电源效率和便于与数字音源接口，成为研究热点。

UPWM型数字D类音频功放使用UPWM 技术把数字音频信号转化为开关信号，从而驱动功率级放大信号，相比其他类型的数字D类音频功放，其拥有实现较简单和调制的开关信号脉冲重复频率固定且较低的优点。

但就目前而言，UPWM型数字D类音频功放还未能在音频功放领域上完全取代传统的线性音频功放，主要原因有：UPWM型数字D类音频功放内部功能模块的非优化设计导致其无法兼顾低硬件实现代价、高电源效率和高信号保真度；UPWM固有的非线性会造成功放系统输出失真，虽然目前已有一些校正方法对UPWM产生的失真进行校正，但是它们很难兼顾方法的低计算复杂度和良好的校正效果；功率级存在的电源噪声也会严重影响功放的性能，虽然通过反馈技术可以使功放拥有较好的电源噪声免疫能力，但是设计复杂，通用性差。

针对以上UPWM型数字D类音频功放目前存在的问题，本文对UPWM型数字D类音频功放的相关关键技术进行了深入研究，取得了4项创新性成果。

（1）提出了一种基于多变量优化理论和新的稳定性判定方案的高阶多位数字Sigma-Delta调制器噪声传递函数设计方法。

该方法充分考虑数字Sigma-Delta调制器各个系数的CSD编码以及其状态变量缩放后对选择噪声传递函数的影响，从而可使所设计的数字Sigma-Delta调制器在便于实现的同时，得到较好的量化噪声整形效果。

实验结果表明，使用该方法设计的八阶6位数字Sigma-Delta调制器可在输入信号为8倍过采样和最大稳定输入幅度大于0.9FS的情况下，达到121dB的输出信噪比，其输出信噪比优于使用传统设计方法设计的八阶6位数字Sigma-Delta调制器。

（2）分别提出了一种基于三阶和一阶拉格朗日插值法以及伪自然采样点位置判断法的用于后边沿PWM的伪自然采样算法，和一种基于非对称双边沿PWM过程的可分解性以及拉格朗日数值微分方法的用于非对称双边沿PWM的伪自然采样算法。