高精度3阶delta-sigma调制器的设计

由图可以看出，输入信号在比较器前与前馈信号直接相加，实现了STF为1，因此数字滤波器可以不需要考虑基带补偿；al-a3前馈方式实现NTF的极点，降低了积分器输出的幅度；第三级积分器输出通过g反馈给第二级积分器，即局部反馈(LFB)，这在NTF中引入了共轭零点，挺高了基带SNR。根据高阶稳定的调制器函数的设计方法，设计一个过采样率为128和3位量化器的3阶调制器，图2中的系数值(a1、a2、a3、a4、bl、b2、b3、b4、cl、c2、c3、g1)，由Richard Schreier提供的Matlab Delta-sigma调制器设计工具包可以得出，具体值在表1中给出，表中的数值用于设计NTF和STF的Matlab模型。在实际的数字电路实现时，为了减少芯片面积和设计难度避免使用乘法器，所以这些系数均取2n的近似值，这样可以用移位相加来代替乘法。利用Richard Schreier提供的Matlab Delta-sigma调制器设计工具包得到带外增益为6.1，DSM的NTF为

2．3 Verilog语言行为级建模

图2所示的是一种单路差异积分器调制器，可用延迟积分器和非延迟积分器，以及各种前馈和反馈路径组合而成。在Matlab结构中对应的积分器转换成Verilog硬件描述框图的过程如图3所示

本文使用Verilog硬件语言来实现单回路差异积分调制器，由时钟控制构成延迟积分器与非延迟积分器的相加动作。assign指令使等式两边永远处于活动状态，而alwavs指令将会在时钟正好触发时将sum的值存入寄存器delay_sum中，因此，所有的积分器将会在每一次时钟完成时完成一次累加动作。同理，非延迟积分器是由相同的程序代码组成。实现延迟积分器的程序部分代码如下表示：

3 模型的仿真结果

图3给出的是NTF的极点与零点图。很明显，NTF的零点均匀地分布在信号基带中，而不是集中在直流频率处。图4给出了输入幅度范围与SNR。图5给出了NTF和STF的幅频响应。可以看到，带内信号的衰减几乎是0，而图6显示噪声的衰减小于-110dB，满足带内噪声的要求。图7给出了调制器的频域特性图。图8给出的是在输入为42000，时钟频率为8．4MHz的verilog硬件描述语言的仿真结果，可以看出经过2μs后结果趋于稳定。

作者：冯二媛 徐太龙 孟 坚 洪 琪 盛启东   来源：电子技术