关于Delta-Sigma转换设计的心得

shuszhao · 发表于 2018-7-10 12:50:50

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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。

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图1：Delta-Sigma转换。
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。
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。
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。
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。

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图2：Delta-Sigma转换仿真。
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。
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。