新一代音頻模擬轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)設(shè)計
本文介紹了歐勝微電子公司最新一代音頻數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的架構(gòu)，專注于設(shè)計用于消費電子應(yīng)用中提供高電壓線驅(qū)動器輸出的新器件系列。
基本原理
增量累加調(diào)制器通常用復(fù)雜的術(shù)語進行描述，使用數(shù)學(xué)公式、狀態(tài)表和理論模型。盡管所有這些對于理解增量累加調(diào)制的復(fù)雜性是必要的，對于本文的目的來說關(guān)鍵是了解SDM架構(gòu)的好處以及他們在音頻轉(zhuǎn)換器IC中的應(yīng)用。
增量累加調(diào)制的兩個基本原理是：
● 過采樣
采樣過程產(chǎn)生量化誤差;輸出處的采樣電平和期望的輸出電平之間的差值。量化噪聲的能量取決于音頻轉(zhuǎn)換器的分辨率，分散到采樣頻率的帶寬上。
奈奎斯特采樣原理表明，為準確對一個信號進行從模擬到數(shù)字域的轉(zhuǎn)換，信號必須在信號最高頻率分量的頻率的兩倍進行采樣。最高頻率分量也稱為奈奎斯特頻率。對于音頻，典型的帶寬在20Hz到20KHz之間，采樣頻率傾向于44.1KHz(對于CD音頻)到192kHz(DVD音頻)。
采樣頻率低于奈奎斯特頻率的兩倍，會導(dǎo)致混疊，輸入信號以奈奎斯特頻率附近的鏡像折疊回到音頻頻段。
在SDM轉(zhuǎn)換器中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作在遠遠高于奈奎斯特頻率兩倍的頻率上，通常是在最低采樣頻率的128倍～768倍。
過采樣過程將量化噪聲在比其他數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法更寬的帶寬上擴散量化噪聲，因此在音頻頻段內(nèi)的量化噪聲就非常少。
● 噪聲整形
除了在很寬的頻譜上擴散量化噪聲外，SDM還用作低通濾波器來對輸入信號濾波，一個高通濾波器對量化噪聲濾波，將量化噪聲推倒音頻頻帶之外。對于ADC，這允許在不減少SNR的情況下，轉(zhuǎn)換器使用更少的比特數(shù)。
過采樣的要求意味著增量累加調(diào)制器設(shè)計最適合低帶寬應(yīng)用，例如音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，例如音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
設(shè)計考慮
基于SDM的架構(gòu)很復(fù)雜，設(shè)計師有很多選項來針對特定應(yīng)用優(yōu)化他們的設(shè)計。關(guān)鍵的折中考慮階數(shù)、分辨率和架構(gòu)拓撲。
增量累加調(diào)制器的階數(shù)：
一階和二階SDM本身是很穩(wěn)定的，產(chǎn)生很大的帶內(nèi)噪聲，但是具有很低的帶外噪聲。高階SDM能有條件穩(wěn)定，會產(chǎn)生更大的帶外噪聲，因此對時鐘抖動很敏感。
歐勝微電子公司最近的DAC架構(gòu)基于二階增量累加調(diào)制解調(diào)器，驅(qū)動時鐘速度很高以減少帶內(nèi)噪聲，因此對于時鐘抖動不敏感。
● DAC分辨率
DAC分辨率的增加降低了量化誤差，因此改善了DAC的理論信噪比(SNR)。
對于每個比特的分辨率，理論的最大SNR近似為6xn，這里n是比特位數(shù)。因此，24比特的音頻DAC理論的最大SNR接近144dB。
