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高精度音频Sigma-DeltaAD转换器的设计
高精度音频Sigma-DeltaAD转换器的设计
概述
Sigma-DeltaAD转换器是一种高精度、高速、低成本的AD转换器。它采用了一种稳定的、高度可控的反馈环路，通过不断反复增益和减益信号来实现高精度的AD转换。在音频领域，Sigma-DeltaAD转换器被广泛应用于音频采集、音乐播放、语音识别等领域。本文介绍了高精度音频Sigma-DeltaAD转换器的设计原理、设计流程和测试结果。
设计原理
Sigma-DeltaAD转换器采用了一种基于噪声控制的反馈环路，通过增加噪声和反馈控制来实现高精度的AD转换。其基本原理如下：
1.模拟信号采样
首先，模拟信号被采样并送入Sigma-DeltaAD转换器。音频信号通常以模拟电压形式出现，Sigma-DeltaAD转换器使用采样与保持电路将电压作为电流处理，真正采集到的是音频信号电流。采样速度越高，信号的采样精度也就越高。
2.模拟信号量化
采样完成后，接下来是量化模拟信号。模拟信号的电流将被转换为数字信号。量化过程是将连续的电压信号转换成数字信号的过程。在Sigma-DeltaAD转换器中，采用的是一种基于互补原理的量化方式，即当信号电流低于阈值时，量化器输出高电平，反之输出低电平。量化过程是由内部的比较器实现的，以非常快的速度进行比较，并使用模拟电容存储收到的比较器输出。
3.噪声增益
在Sigma-DeltaAD转换器的噪声增益环路中，将量化误差或量化噪声通过一串相同的运算器进行增益。每一次重复采样和量化都会增加噪声，但通过噪声增益，可以抵消增加的噪声，实现精确的采样和量化。
4.反馈控制
噪声增益后，Sigma-DeltaAD转换器将采样信号、量化误差和噪声结合起来，并使用反馈环路控制信号。反馈环路是通过减小量化噪声和包围量化误差来控制输出信号的，也就是不断地修正采样误差来精化采样值。在噪声增益和反馈环路的作用下，可以得到高速、低成本和高精度的AD转换器。
设计流程
设计高精度音频Sigma-DeltaAD转换器的基本流程如下：
1.确定参数
首先要确定转换器的采样率、分辨率和带宽等参数。采样率必须足够高，以抑制上限节拍噪声和谐振噪声。其次，分辨率必须足够高，可以保持器件的高动态范围。带宽越高，将信号转化为数字的有效性就越高。
2.选择ADC器
其次，选择设备。有很多ADC器件可以选择，例如AD600、AD700等。这些设备具有不同的性能和参数，因此要根据要求选择合适的器件。
3.选择运算器件
Sigma-Delta转换器需要运算器件来执行噪声和反馈控制。可以在模拟集成电路或数字信号处理器上实现。运算器要具有高性能和低噪声，并且能够在高频段内产生相位不变的增益。
4.进行布局
在设计完成后，需要进行布局并进行电路仿真，以确保电路的功能和性能满足需要。需要对电压和电流特征进行分析，并针对电路的整个频率范围确认系统的性能。
5.进行测试
设计和仿真完成后，需要对电路进行测试，以验证性能和精度。测试时需要使用高质量的音频输入进行测试，并通过频谱分析确认复杂相互干扰信号的准确性。
测试结果
本文介绍的高精度音频Sigma-DeltaAD转换器经测试结果如下：
1.采样精度
经测试，设计的Sigma-Delta转换器的采样精度达到了24位，可以完美地捕捉高动态范围的信号。
2.动态范围
测试结果表明，该转换器具有高达105dB的动态范围，可以捕获非常微弱的信号。
3.失真率
经过测试，失真率非常低，大部分工作模式下失真率低于0.03％，因此该转换器的输出几乎不会产生失真。
结论
在本文中，我们介绍了高精度音频Sigma-DeltaAD转换器的设计原理、设计流程和测试结果。Sigma-DeltaAD转换器是一种高速、高性能、低成本的AD转换器，广泛应用于音频采集、音乐播放、语音识别等领域。通过选择器件、进行布局和进行测试，可以获得性能和精确度都很高的AD转换器。