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关于Delta-Sigma转换设计的心得

2018-07-10 John Dunn 阅读:
本设计实例讨论的模数转换会产生一个位流,其平均值随模拟输入平均值的变化而改变。文中Delta-Sigma(Δ-Σ)转换的SPICE仿真图演示了其工作原理。

这种模数转换会产生一个位流,其平均值随模拟输入平均值的变化而改变。请看图1。Zxjednc

DI7-F1-201807
图1:Delta-Sigma转换。Zxjednc

D型触发器在特定频率下是由时钟控制的。触发器的Q输出经过低通滤波后被发送回比较器的反相输入端,非反相输入来自信号输入端。如果信号输入高于LPF#1的输出,则触发器的D输入为高电平,下一个时钟脉冲到达时Q输出将变为高电平。这将使LPF#1输出端的电压上升到输入电平之上,此时比较器将D输入变为低电平,Q输出将变为低电平。Zxjednc

在Q输出状态从高到低的反复变换中,LPF#1的平均输出与信号输入趋于相等。虽然从来没有真正相等,但确实有这个趋向。Zxjednc

与此同时,Q输出的高低起伏形成一个数字位流,可以在相当一段距离内轻松发送,而另一个与LPF#1相同的滤波器LPF#2可以获取该位流,并重建原始信号输入。Zxjednc

以下SPICE仿真忽略电平转换的所有具体细节,演示了其工作原理。Zxjednc

DI7-F2-201807
图2:Delta-Sigma转换仿真。Zxjednc

由于D型触发器U1的逻辑电平保持原样,因此需要使用V2来使一切兼容。图2中上面三条迹线是分别使用1MHz、100kHz和64kHz时钟频率重建1kHz输入后产生的信号输出。图中显示的逻辑波形只是64kHz的情况。Zxjednc

我曾经听过一个Δ-Σ音频输出,它有一个奇怪的音色,比较贴切的形容是“沙沙的(sandy)”,至少我的一位同事是这样描述的。我想不到更好的词了,那就用它吧。Zxjednc

原文刊登在EDN美国网站,参考链接A lesson in delta-sigma conversionZxjednc

《电子技术设计》2018年7月刊版权所有,禁止转载。Zxjednc

20160630000123Zxjednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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