音頻信號的過采樣處理及轉(zhuǎn)換.pdf

1、本論文研究了音頻信號的過采樣處理技術(shù)，主要包括音頻信號數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和功率放大。過采樣型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)由升采樣數(shù)字濾波器、數(shù)字AE調(diào)制器和模擬后端電路組成。過采樣型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)由模擬△∑調(diào)制器和降采樣數(shù)字濾波器組成。模擬△∑調(diào)制器還可以應(yīng)用于處理音頻信號的D類功率放大器中。 在高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，過采樣△∑技術(shù)是最好的選擇。但這種技術(shù)消耗的面積和功耗都比較大。針對這一問題，論文對過采樣型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字

2、濾波器、△∑調(diào)制器以及模擬后端電路的結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。 論文在研究升/降采樣數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，提出了一種高階級聯(lián)的半帶FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)，即由多個(gè)低階子濾波器級聯(lián)組成高階主濾波器。每個(gè)子濾波器的結(jié)構(gòu)、系數(shù)都完全一樣。因此硬件上只需實(shí)現(xiàn)一個(gè)子濾波器，然后重復(fù)使用即可達(dá)到多個(gè)子濾波器級聯(lián)的效果。這種結(jié)構(gòu)有效降低了高階數(shù)字濾波器總體的硬件開銷。 現(xiàn)在為了降低成本提高輸出信號音質(zhì)，由音頻功率DAC(即DAC和功率放

3、大器片內(nèi)集成)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)聲元件已成為一種潮流。本論文提出了一種1.5位無片外濾波的功率DAC結(jié)構(gòu)。DAC中的1.5位數(shù)字△∑調(diào)制器，其編碼特點(diǎn)能大幅降低因不使用片外濾波而引入的高頻能量損耗。由帶反饋回路的D類開關(guān)來實(shí)現(xiàn)DAC輸出信號的功率放大，又可以有效提高輸出性能和功放效率。相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種新型結(jié)構(gòu)在面積和功耗上具有較大的優(yōu)勢。 本論文還研究了一種混合型單環(huán)結(jié)構(gòu)的模擬△∑調(diào)制器。它的第一級采用連續(xù)時(shí)間積分器，其后幾級采用開關(guān)

4、電容采樣型積分器。這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了連續(xù)型和離散型調(diào)制器各自的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了面積和性能的折中。這種模擬△∑調(diào)制器除了可以用于過采樣型ADC中，還可以用于實(shí)現(xiàn)D類功率放大器。 根據(jù)以上這些想法，論文分別設(shè)計(jì)了一個(gè)功率DAC和一個(gè)ADC/D類功放復(fù)用電路。功率DAC采用TSMC 0.18μm工藝，芯片面積為0.5mm<'2>。驅(qū)動(dòng)8Q負(fù)載時(shí)，功率DAC輸出動(dòng)態(tài)范圍最高達(dá)到100dB以上，總諧波失真小于一80dB，帶內(nèi)信噪比在90dB以上，