DeltaSigma数模转换器的理论与设计
(σ-δ) adc工作原理
(σ-δ) adc工作原理
(σ-δ) ADC是一种模数转换器，全称为Sigma-Delta模数转换器。
它的工作原理是通过对输入信号进行高速取样，并利用高速数字信号处理技术，将模拟信号转换为数字信号。
Sigma-Delta ADC 的工作原理可以从以下几个方面来解释：
1. 模拟信号输入，首先，模拟信号被输入到Sigma-Delta ADC 的输入端。
这个模拟信号可以是来自传感器、放大器、滤波器等外部电路的输出信号。
2. 量化和采样，Sigma-Delta ADC对输入信号进行高速取样和量化。
它以高速的采样率对输入信号进行采样，并将采样值转换为数字形式。
3. Sigma-Delta调制，接下来，ADC使用Sigma-Delta调制技术，将采样到的模拟信号转换为高速的1比特数据流。
这个过程涉及将模拟信号与一个高频时钟信号进行比较，生成一个1比特的数据流。
4. 数字滤波，接着，ADC使用数字滤波器对1比特数据流进行
处理，以减小高频噪声和提高信噪比。
这个数字滤波器通常是一个低通滤波器，用于去除高频噪声，并将1比特数据流转换为更高精度的数字输出。
5. 数字输出，最后，经过数字滤波器处理后的数据被输出为高精度的数字信号，代表了原始模拟信号的数值。
这个数字输出可以被用于后续的数字信号处理、存储或传输。
总的来说，Sigma-Delta ADC通过高速取样、Sigma-Delta调制和数字滤波等技术，实现了对模拟信号的高精度数字化转换。
它在音频处理、传感器接口、通信系统等领域有着广泛的应用。
Sigma-DeltaADC讲稿
反馈系数用于控制比较器的输出电压的大小和 方向，从而控制模拟信号的调整程度。
噪声整形技术
噪声整形技术是sigma-delta ADC的关键技术之一，它通过将噪声从高频区域转移至低 频区域，从而提高ADC的信噪比和线性度。
Part
05
sigma-delta ADC的挑战与 未来发展
面临的挑战
噪声抑制
sigma-delta ADC在转换过程中 容易受到噪声干扰，如何有效抑 制噪声是亟待解决的问题。
动态范围
随着技术的发展，对sigma-delta ADC的动态范围要求也越来越高， 如何提高动态范围是当前面临的 重要挑战。
动态范围与信噪比
动态范围
动态范围是指ADC能够处理的信号的最大值与最小值之间的比值。动态范围越大，ADC能够处理的信号范围越宽。
信噪比
信噪比是指信号功率与噪声功率之间的比值。信噪比越高，ADC的抗干扰能力越强，输出的数字信号质量越好。
采样率与带宽
采样率
采样率是指ADC每秒钟采样的次数 。采样率越高，ADC能够捕捉到的 信号细节越多，但同时也会增加电路 复杂度和功耗。
它通常由比较器和计数器组成，比较器将模拟信 号与参考电压进行比较，产生一个二进制码，然 后计数器根据二进制码的长度进行计数，得到数 字输出。
量化器的非线性误差会影响ADC的线性度，因此 需要采取措施减小非线性误差。
数字滤波器
1
数字滤波器用于对sigma-delta ADC的输出进行 滤波，以减小噪声和消除量化误差。
功耗与性能平衡
在便携式设备中，功耗是一个关 键因素，如何在保证性能的同时 降低功耗是一个具有挑战性的问 题。
DeltaSigma模数转换器(ADC_DelSig)
DeltaSigma模数转换器（ADC_DelSig）简介DeltaSigma模数转换器，又称为ADC_DelSig（Analog-to-Digital Converter Delta-Sigma），是一种高精度的模数转换器。
它采用了DeltaSigma调制技术，通过高速采样和数字滤波来实现高分辨率和低噪声的模数转换。
工作原理DeltaSigma模数转换器的工作原理基于DeltaSigma调制技术。
其核心思想是将输入信号与一个高频的比较器相比较，并将比较器的输出结果经过滤波器处理后转换成数字信号。
具体来说，DeltaSigma模数转换器包括一个模数转换器和一个数字滤波器。
1.比较器：比较器将输入信号与参考电压进行比较，并输出一个高频PWM（脉宽调制）信号。
比较器的输出频率远高于所需的转换速率，通常在MHz级别。
2.数字滤波器：PWM信号经过数字滤波器，滤波器根据PWM信号的占空比来判断输入信号的大小。
滤波器输出的数字信号经过采样并进行数字编码，就得到了转换后的数字输出。
优点和应用DeltaSigma模数转换器具有很多优点，主要包括以下几个方面：1.高分辨率：DeltaSigma模数转换器具有非常高的分辨率，通常可以达到16位以上，甚至更高。
这使得它在需要高精度数据转换的应用中非常有用，如音频处理、医疗设备和测量仪器等。
2.低噪声：DeltaSigma模数转换器通过在输入端引入噪声抑制电路和高速数字滤波器，可以有效降低系统的噪声水平。
这使得它在对信号质量要求较高的应用中具有优势，如音频信号处理和高速数据采集等。
3.较低的成本：DeltaSigma模数转换器通常采用CMOS工艺制造，因此成本相对较低。
这使得它在大规模集成电路中应用广泛，并且具有较高的性价比。
DeltaSigma模数转换器广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：•音频信号处理：DeltaSigma模数转换器在音频设备中被广泛应用，如音频采样、音频编码和数字音频处理等。
高精度SigmaDelta调制器的研究与设计
●
作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集
体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任
由本人承担。
学位论文作者签名：
年月
日
南开大学学位论文使用授权书
Ｓｉｇｍａ．Ｄｅｌｔａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｎｙｑｕｉｓｔ ｒａｔｅ ａｎｄ ｏｖｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅｎ ａ ｎｅｗ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ｓｉｇｍａ—Ｄｅｌｔａ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ．ｂｉｔ ｑｕａｎｔｉｚｅｒｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ—ｂｉｔ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ ｓｈｏｗｎ ｔｏ ｈａｖｅ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｔｈａｔ ｍａｋｅ ｉｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ（ＡＤＣ），ａｃｔｉｎｇ ａｓ ａ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｂｒｉｄｇｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｎａｌｏｇ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｗｏｒｌｄ，ａｒｅ ｔａｋｉｎｇ ａ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｈｉｇｈｅｒ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｒｅ ｕｒｇｅｎｔｌｙ ｄｅｍａｎｄｅｄ ｆｏｒ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．
非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：ｈ０１／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩； 提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。
sigmadeltaadc原理
sigmadeltaadc原理
Σ-Δ模数转换是一种典型的数模转换技术，它利用非线性微分模拟器（Differentiator）把模拟信号转变为进行离散采样的差分脉冲。
Σ-Δ转换技术
有很高的灵敏度，但同时也有一定的复杂性，因为需要大量的计算和设备限制。
Σ-Δ模数转换器中，Σ表示累加器（Accumulator），Δ表示微分器（Differentiator）。
它通常有两个部分，累加（Accumulation）和微分（Differentiation），一般采用了高速積分和微分技术（Sigma-Delta Topology），来完成模拟脉冲的转换。
其中累加（Accumulation）实现的是采样技术，原来的模拟信号在特定的时刻取得一个采样值；累加（Accumulation）把这些采样值累加到心跳的末端；微分（Differentiation）实现的是离散化技术，它使用如
此精密的采样技术，以在心跳的末端释放不同大小的脉冲，从而离散化地表示原始模拟信号。
Σ-Δ模数转换器使得可以使用很少的采样来代表原始模拟信号，但其本质原理却是可以植根于模拟信号的数字信息量的增加，即出现精度的提高。
Σ-Δmodulators的发展为模拟-数字转换技术提供了可靠的仪表精度以及脉冲
转换的灵活性。
Delta-Sigma
高精度Delta-Sigma A/D转换器的原理及其应用本次在线座谈主要介绍TI的高精度Delta-Sigma A/D转换器的原理及其应用，Delta-Sigma转换器的特点是将绝大多数的噪声从动态转移到阻态，通常Delta-Sigma转换器被用于对成本与精度有要求的低频场合。
本文首先将对TI 的高精度Delta-Sigma A/D转换器进行综述性介绍，而后将介绍噪声的测量及芯片ADS1232等。
Delta-Sigma转换器综述Delta-Sigma转换器是采用超采样的方法将模拟电压转换成数字量的1位转换器，它由1位ADC、１位DＡC与一个积分器组成，见图1。
Delta-Sigma转换器的优点表现在低成本与高分辨率，适合用于现在的低电压半导体工业的生产。
Delta-Sigma转换器组成Delta-Sigma转换器由差分放大器、积分器、比较器与１位的DAC组成，输入信号减去来自1位DAC的信号将结果作为积分器的输入，当系统得到稳定工作状态时，积分器的输出信号是全部误差电压之和，同时积分器可以看作是低通滤波器，对噪声有-6dB的抑制能力。
积分器的输出用1位ADC来转换，而后比较器将输出数字1和0的位流。
DAC将比较级的输出转换为数字波形，回馈给差分放大器。
Delta-Sigma转换器原理详述积分器将量化噪声伸展到整个频带宽度，从而使噪声成型，而滤波器可以过滤掉绝大多数的成型噪声。
有几个误差源会降低整个系统的效果，为了满足ADC 的输入范围，很多信号要求一些放大电路和电平偏移电路，有时放大器在ADC的内部，有时使用外部放大器。
无论是哪一种情况，放大器电压、电压漂移、输入偏置电流或采样噪声将引入误差信号。
为了得到精确的ADC转换结果，放大器的误差应该通过调整来消除或减少。
积分器对输入低频或直流信号内置一个低通滤波器，从而极大地降低了通道内的噪声。
典型的半导体放大器的噪声分为两个部分，1/F噪声和对地噪声，Delta-Sigma ADC的主要应用是在低频场合，因此1/F噪声的影响占主要地位。
deltasigma dac工作原理
deltasigma dac工作原理Delta-Sigma DAC（数字-ΔΣ DAC）是一种数字-to-analog converter （数字到模拟转换器），常用于将数字信号转换为模拟信号。
下面是Delta-Sigma DAC的工作原理的详细解释：Delta-Sigma调制：Delta-Sigma（ΔΣ）调制是一种将低比特的数字信号转换为高比特的数字信号的技术。
它通过过采样和差分编码来实现，将原始的低分辨率信号进行高频率采样，然后通过差分编码提高了信号的有效分辨率。
过采样：Delta-Sigma DAC在输入信号之前对其进行过采样，即以高于Nyquist频率的采样率对输入信号进行采样。
这有助于将信号的噪声推向高频区域，以便后续的滤波可以更有效地去除。
Delta模数调制器：过采样后的信号经过Delta模数调制器，该模块负责将输入信号进行ΔΣ调制。
这意味着模数调制器会在高频率上产生一个ΔΣ调制的数字信号，这个信号在频率域上具有高精度。
数字滤波器：Delta模数调制器的输出被送入数字滤波器，以去除高频噪声。
这个滤波器通常是一个低通滤波器，其目标是保留有效信号并去除噪声。
数模转换：过滤后的信号被送入数模转换器，将数字信号转换为模拟信号。
在Delta-Sigma DAC中，这个过程也被称为Delta-Sigma 解调，它通过反馈回到模数调制器来补偿误差。
滤波：最后，模拟信号通过一个模拟滤波器，以进一步去除高频噪声，并得到最终的模拟输出信号。
总体而言，Delta-Sigma DAC通过过采样、Delta-Sigma调制和数字滤波来提高信号的有效分辨率，从而实现高精度的数字到模拟转换。
这种方法在音频和其他高精度应用中得到广泛应用。
1。
delta-sigma adc原理
delta-sigma adc原理Delta-Sigma ADC是一种常用的模数转换器，其原理基于Δ-Σ调制（Delta-Sigma Modulation）。
它应用广泛，特点是可实现高分辨率、低失真和高动态范围的模数转换。
1.简介Delta-Sigma ADC是将模拟信号转换为数字信号的一种技术。
它使用增量调制技术将输入信号转换为脉冲序列，再通过积分器形成模拟信号。
然后通过数字滤波器对模拟信号进行滤波，最后得到输出数字信号。
2.增量调制增量调制是Delta-Sigma ADC的核心部分。
它通过比较输入信号与量化器输出信号的差值，生成Δ-Σ调制的输出脉冲序列。
在增量调制中，使用一个比较器将输入信号与量化器输出信号进行比较。
当输入信号大于量化器输出信号时，比较器输出1；当输入信号小于量化器输出信号时，比较器输出-1。
这样，通过不断比较输入信号与量化器输出信号，就可以得到Δ-Σ调制的输出脉冲序列。
3.积分器在增量调制过程中，由于比较操作是离散的，会导致增量调制的输出脉冲序列带有高频成分。
为了消除这些高频成分，需要使用积分器将输出脉冲序列转换为模拟信号。
积分器通过对输出脉冲序列进行积分，得到与输入信号相关的模拟信号。
积分器可以使用电容器和运算放大器等元件来实现。
4.数字滤波器模拟信号经过积分器转换为数字信号后，仍然存在一些高频噪声。
为了滤除这些噪声，需要使用数字滤波器对数字信号进行滤波。
最常用的数字滤波器是低通滤波器，可以通过抽取和重插值的方式实现。
5.数据处理通过数字滤波器滤波后得到的输出数字信号可以用于后续的数据处理。
可以对其进行采样、量化和编码等操作，以得到最终的数字输出结果。
6.优势Delta-Sigma ADC具有以下优势：-高分辨率：通过增量调制和数字滤波器，可以实现较高的分辨率。
-低失真：增量调制和数字滤波器的特性可以降低噪声和失真。
-高动态范围：Delta-Sigma ADC可以实现比较大的动态范围，适用于高精度应用场景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
DeltaSigma数模转换器的理论与设计优秀毕业论文 精品参考文献资料AbstractThe two cA)re technologies of the a-E DAC are ovcrsampling and noise shaping technology ．Compared with other conventional DAC ，the major advantagesof A 一∑ DAC areshowed asfollowing ．The first,A 一∑DAC can be integratedonto other di 百hal devices due to its di 百tal nature ．Thesecond ，the cost ofimplementationis lowbecause of simple technology ．The last,A ——E DAC is inherentlylinear and does not suffer from appreciable differential non —linearity and the backgroundnoise level which sets the system SNR independent of the input signal level ．Besides of these ，themost important advantage is that the A-EDAC is able to achieve high-performance and 11igh —precisionwhich the conventional is not able to do ． The a-ED AC consists of an upsampling module ，a A —E modulator and a digitalto analogconverter ．Because the design is implemented on FPGA ，majorresearches in this paperfocus on upsampling module and SDM ． In this paper,we cascaded 3 halfband filters and a CIC filter to realize the upsamplingmodule ．Thewhole interpolation filter system has perfezt pass —bandand stop-band performance and achieves a 64X oversmpling r ate ．We s implifiedt he structure and savethe logicdements by using multi —phase structure and CSDcode in designing half band filters ．After learning experiences and methods from other papers ，we showed the designflow of the stable high —order A-Z modulator and designed a 5th·order 64一times onewith CIFB structure based on the flow ．We improved SNR about 1 7 dB through optimizing the NTFZerOS and poles ．In the design of circuit ，we decreased amount of 109icelement through reusing adder andmultiplier ．Thesimulation result showed that the SNRofthemodulator is above 120 dB ．So far,this A-E DAC is implemented and verified by Altera Cyclone II EP2C35 FPGA ．Keywords ：DACoversampling A-Emodulation优秀毕业论文精品参考文献资料西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别宓蟊以标注和致谢中所罗列的肉容以外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的磷究成果；也不包含为获得谣安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说甓并表示了谢意。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。
本人签名：越鲤西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期闻论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。
学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。
同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再攥写豹文章一律署名单位为谣安电子科技大学。
(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。
本人签名：盔饧耀导师签名：寻雌日期半亟刈L优秀毕业论文精品参考文献资料第1章前言第1章前言1．1 A～∑DAC的研究背景数模转换器(Digi越to Analog Converter，DAC)是实现数字信号到模拟信号转换功能的电路模块。
对于传统的DAC(主要为权电阻型、梯形电阻型、开关电容型及并联型等)，无论采用何种结构，主要都是采用奈奎斯特(Nyquist)采样率下的模拟电路来实现，虽然实时性缀好，但是对电路的设计和制造工艺要求很高。
在高分辨率的情况下，转换结果受电阻或者电流单元精度的影响变得尤为明显。
例如，在3V 的参考电压下，要实现～个18位精度的DAC，其允许的最大误差(1／2LSB)约为5．7／aV，仅仅相当于尼个电子存储在0．1矿的电容上所产生的电压，+也小于典型的MOS运放的输入热噪声。
这样一来，就需要使用更好的工艺，来减小集成电路制造过程中电阻或者电流源的偏差，有时候在后期甚至需要对电阻进行激光修正，这无疑大大增加了成本Ill。
此终，在传统DAC的输出端，往往要采用复杂的高阶重构滤波器来平滑信号，这进一步增加了工艺难度和产品成本。
基于上述原因，采用过采样和噪声整形技术的△一∑DAC(Delta-SigmaDAC)，在高精度和中低速的数模转换应用中，逐渐取代传统数模转换器。
杰一∑DAC把大部分转换过程转移到数字域进行楚理，虽然增加了数字电路的规模，但是由于数字部分输出的数据码流字长很短(通常为l比特)，因此模拟部分可以只用一个位数很低的简单D／A转换单元构建；同时，大部分的数字电路可以采用标准的数字CMOS工艺实现，也相应的降低了剩造成本。
综上所述，△一∑DAC相比传统的奈奎斯特率DAC，其优势主要表现为精度高、成本低、易于与大规模数字系统进行单片集成等。
1． 2 A一∑DAC的发晨△一∑调制器是由De Loriane等人于1946年提出的，其目的在于减少信源编码长度。
随后，Culter于1954年首次提出了噪声整形的概念，并于1960年获得专利。
1962年， Inose等人针对Culter的系统进一步提出了矗一∑调制器，改进了A调制器中过载电压幅度随信号频率下降的特性，并酋次较好地阐明了噪声整形和过采样的概念。
20世纪70年代，Candy等人陆续发表7用△一∑调制器和数字滤波器实现A ／D、D／A转换的报道。
1977年，Ritchie在环路的前向通路中级联了多个积分器，同时将DAC的输出反馈到每个积分器的输入端来保证高阶环的稳定，这对设计高优秀毕业论文精品参考文献资料2 Delta—Sigma数模转换器的理论与设计△一∑调制器的数据转换器还无法与传统的奈奎斯特率转换器竞争。
直到20邀纪80年代，尤其是80年代后期，随着大规模集成电路技术的迅速发展，同时为了适应当时数字化音频市场对高精度数据转换器的需求，出现了一股持续研究过采样△一∑转换技术的热潮。
这一段时期内发表的具有代表意义的论文主要有：1985年Candy对二阶积分器环设计方法的阐述；1986年Hayashi提出的多级噪声整形结构(Multi．stAge noise．Shaping，MASH)；1989年Carlcy为减小非线性误差提出的动态元件匹配(Dynamic Element Matching，DEM)技术。
进入20世纪以后，对△一∑DAC的研究重点主要集中在如何开发稳定的高阶调制系统以及l比特数模转换和模拟平滑滤波模块等方面。
其中，PHILIPS研究实验室在2000年设计的一种用于车载AM／FM接收机的巧．基带过采样数模转换器，使用了5阶△一∑调制器，结合复杂的共轭闭环滤波器，实现了16位的精度。
2004年，阕济大学开发的神芯二号DAC芯片，实现了24位精度，104dB的动态范誉和．90dB的谐波失真度。
近年来，随着可编程逻辑器件的发展和SOPC技术的需求，人们逐渐开始研究在FPGA上实现△一∑DAC。
其中成功的典型案例有：2003年，Peter Kiss和Jesus Arias等人设计并实现了一个基于FPGA的具有良好稳定性的过采样DAC，仅以4倍的过采样率达到了60dB的信嗓比f2l；同年，香港中文大学的Ray C．C．Cheung等人提出的基于FPGA实现的可重构过采样DAC方案，达到了最高24比特的精度f31；2006年，华东师范大学的洪亮设计的可重构24比特音频过采样DAC，针对不同输入字长进行3．5阶调制器的转换，并在FPGA 器件上得到验证。
到目前为止，随着设计经验和制造技术的逐渐成熟，使用△一∑调制器的数据转换器的应用领域已经从过去的高精度音频处理逐步扩展到高精度测量、数据通信等方面。
例如，在地震数据采集系统中广泛使用的CS5321／CS5322组件，该组芯片的动态范围高达130dB，采样率从62．5Hz～4KI-Iz可调，满足了地震单元高达120dB 的动态范围以及对各种采样率的要求。
1．3本文的研究意义及主要工作露前，市场上的音频△一∑DAC，其升采样率一般在16至128倍之间，调制器的阶数多为三阶或者四阶，其动态范围和信噪毙大多在9沁110dB之阆。