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基于∑-△调制的音频输出系统设计

作　者: 褚炜路
导　师: 李萍
学　校: 上海交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: Σ-Δ调制半带滤波器 DAC 重构滤波器功率放大器
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文设计了一个基于Σ-Δ调制下的音频输出系统,具体提出了从数字到模拟的设计过程和电路实现过程以及仿真的结果,整个过程自上而下的设计方法,设计和实现了一个基于Σ-Δ的音频输出系统。本文数字部分的设计,包含有滤波器的设计,Σ-Δ调制模块的设计。模拟部分的设计包含有输出级重构滤波器和功率放大器的设计,基准源和偏置电路设计,版图的设计。滤波器和Σ-Δ调制模块的设计涉及基于数字信号处理的理论,以及设计方法,具体通过matlab进行验证,利用RTL代码给出电路的实现。本文着重模拟电路部分的设计,提出了一种基于移位寄存器、电阻网络和输出级功率放大器实现的低通滤波器。其中,移位寄存完成单位延迟,电阻网络完成了系数的实现,功率放大器完成加法器的功能,从理论上构想出了可实现的结构,再通过具体的设计给出实际的电路,并确定了电路的系数。并通过网表的仿真给出电路级的仿真结果,由此证明电路的正确性和可实现性,最后以0.18umCMOS工艺实现了模拟电路的版图。流片和测试结果表明了设计结果与理论分析符合的较好。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题的背景及其研究意义  9-11
  1.2 国内外 DAC 技术的现状及其发展趋势  11-13
  1.3 本文的研究目标  13-14
  1.4 本章小结及章节安排  14-15
2 基本结构框架和模块综述  15-19
  2.1 插值滤波器  16
  2.2 Σ-Δ调制器  16
  2.3 181T DAC  16-17
  2.4 输出级的 CLASS AB 功放  17
  2.5 基准源电路及偏置电路  17
  2.6 音频驱动  17-18
  2.7 本章小结  18-19
3 DAC 插值滤波器的设计和仿真  19-40
  3.1 过采样原理介绍目录  19-21
  3.2 插值滤波器设计及分析符号说明  21-35
    3.2.1 插值滤波器原理  21-25
    3.2.2 半带滤波器设计  25-32
    3.2.3 梳状滤波器设计  32-35
  3.3 滤波器脉冲响应系数的电路化  35-39
  3.4 本章小结  39-40
4 SIGMA-DELTA(Σ-Δ)调制器的设计  40-54
  4.1 Σ-Δ调制的原理  40-46
  4.2 Σ-Δ调制中的SNR 的计算  46-51
    4.2.1 一阶Σ-Δ调制信噪比  46-48
    4.2.2 高阶Σ-Δ调制器的信噪比  48-51
  4.3 Σ-Δ实际设计  51-53
  4.4 本章小结  53-54
5 DAC 模拟重构滤波器的设计和仿真  54-98
  5.1 传统模拟DAC 转换器的介绍  54-57
  5.2 模拟重构滤波器设计  57-75
    5.2.1 滤波器结构的确定  57-62
    5.2.2 抽头系数的修正和电路实现  62-66
    5.2.3 滤波器的实际电路实现  66-75
  5.3 DAC 输出级电路的设计  75-85
    5.3.1 传统输出级电路的介绍  76-78
    5.3.2 新型的输出级电路的结构实现  78-79
    5.3.3 输出级电路模块分析  79-84
    5.3.4 仿真结果及说明  84-85
  5.4 全差分放大器的设计实现  85-95
  5.5 DAC 重构滤波器仿真结果  95-96
  5.6 本章小结  96-98
6 带隙基准电压及自偏置电路的设计  98-110
  6.1 带隙基准电压的设计  98-101
  6.2 运算放大器和自启动电路的设计  101-102
  6.3 带隙基准电压模块的仿真  102-105
  6.4 自偏置电流产生设计  105-107
  6.5 自偏置电路的仿真  107-108
  6.6 本章小结  108-110
7 DAC 模拟部分的版图实现  110-120
  7.1 版图设计注意事项  110-113
  7.2 版图的绘制  113-119
  7.3 本章小结  119-120
8 总结  120-121
参考文献  121-124
附录  124-130
致谢  130-131
攻读学位期间发表的学术论文  131-133

基于∑-△调制的音频输出系统设计

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