两通道时间交织ΣΔ调制器研究及系统仿真

摘要：设计了一个二阶双通道时间交织ΣΔ调制器的系统结构并用SIMULINK对其进行系统仿真。阐明了此结构的设计理论依据及方法，同时从带宽和SNDR等方面与传统ΣΔ调制器进行了比较。
　　
　　关键词：两通道；时间交织；SNDR
　　
　　ΣΔ调制器采用过采样和噪声整形技术，已经广泛运用在模数转换器(ADC)中，它避免了元器件失配对ADC精度的限制，能够实现高精度的ADC。ΣΔADC以速度换取精度，由于过采样的特性，使得ΣΔADC只能用在低速、高精度数字信号处理如音频处理等应用中，速度成为其更广泛应用的瓶颈。
　　
　　多通道时间交织技术采用多个并行工作在低速的系统来实现高速系统，已经在NyquistADC（如pipelinedADC,FlashADC)中广泛应用[1]。对于M通道的NyquistADC，M个通道工作在M个不同相位的时钟下，如果每个通道的工作频率为Fs，则整个ADC转换速度为MFs，速度提高了M倍，实现了高速ADC。多通道时间交织技术是一种基于抽样率变换理论的技术，通过下采样和上采样来实现的。ΣΔ调制器采用过采样和噪声整形技术，在抽样率变换过程中，会出现信号频谱的混叠和镜像，所以，多通道时间交织的思想并不能直接应用到ΣΔ调制器中[2]。
　　
　　本文从抽样率变换和滤波器组基本理论出发，通过多抽样率系统的恒等变换[3，4]，推导了两通道滤波器组无混叠的条件。对传统ΣΔ调制器结构进行等效变换，得到两通道时间交织ΣΔ调制器的系统结构，理论上运算速度提高到单通道的2倍[5]。采用SIMULINK对二阶两通道时间交织ΣΔ调制器进行了建模仿真。
　　
　　1 两通道滤波器组

则其等效的两通道时间交织结构如图2(b)所示，此时该系统还是一个不可物理实现的非因果系统(系统环路包含非因果项z)。把非因果项z与每个通道的z-1项合并，得到如图2(c)所示的等效结构。如果图2(a)的系统工作频率为Fs，图2(c)等效结构量化器的工作频率也为Fs。图2(c)所示结构可以进一步等效于图2(d)的结构，此时，除了采样电路和输出电路工作频率为Fs，其他电路全工作的频率是Fs/2。

作者：郭召波，凌朝东，李国刚   来源：电子技术应用