基于Sigma-Delta调制的多电平信号处理研究

论文总字数：21962字

目 录

一、绪论 1

1.1、研究的背景及意义 1

1.2、国内外研究现状 2

1.2.1、国外研究现状 2

1.2.2、国内研究现状 3

1.3、论文的组织结构 3

1.4、本章小结 4

二、Sigma-Delta 调制器基本原理 5

2.1、奈奎斯特ADC 5

2.1.1、采样过程 5

2.1.2、量化过程 5

2.2、过采样ADC 6

2.2.1、过采样 6

2.2.2、噪声整形 7

2.3、Sigma-Delta调制器 9

2.4、本章小结 9

三、基于Sigma-Delta调制的两电平比特流信号处理单元 10

3.1、两电平比特流加法器 10

3.2、两电平比特流乘法器 12

3.3、本章小结 13

四、基于Sigma-Delta调制的三电平比特流信号处理单元 14

4.1、三电平比特流加法器 14

4.2、三电平比特流乘法器 15

4.3、本章小结 17

五、 Matlab仿真与结果分析 18

5.1、频谱仿真程序设计 18

5.2、加法器 18

5.2.1、两电平加法器 18

5.2.2、三电平加法器 20

5.3、乘法器 21

5.3.1、两电平乘法器 21

5.3.2、三电平乘法器 21

5.3、本章小结 22

六、总结与展望 23

6.1、论文总结 23

6.2、未来展望 23

参考文献 24

致谢 26

基于Sigma-Delta调制的多电平信号处理研究

肖露

，China

Abstract：With the development of science and technology, especially the rapid development of semiconductor technology and VLSI, digital electronic technology has been developed rapidly. The convenient and efficient ADC is one of the hot topics in the field of integrated circuit design. The ADC uses oversampling and noise shaping technology to increase the signal-to-noise ratio of the system and reduce the quantization noise power spectral density of the system. Based on Sigma-Delta modulation, this paper researches and designs two level and three level signal processors, including adder and multiplier. The article first introduces the background and significance of the contemporary era, and introduces the relevant research status at home and abroad. Then it introduces the principle of Sigma-Delta modulator, mainly introduces two main technologies, over sampling and noise shaping. Secondly, it illustrates the design of multilevel signal processing unit, two level and three level adder and multiplier. Then, through the simulation of Matlab Simulink, the results are compared and analyzed. Finally, the thesis is summarized and future prospects are put forward.

Key words：Sigma-Delta modulation; over-sampling technology;noise shaping

一、绪论

1.1、研究的背景及意义

自二十一世纪以来，伴随着消费电子与工业电子需求的不断的提升，同时伴随着超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated，VLSI)技术逐步得成熟，数字电子技术(Digital Electronic Technology)也得到了飞速的发展。数字域中的信号处理比模拟域中的信号处理具有更大的优势，低代价、高可靠性、低功耗以及高精度是其主要优势。基于这些优势，数字电子技术开始逐渐成为时代的主流应用。由于我们所能感应到光、热、力、声、电等一系列的信号都是模拟量，因此，为了更好得运用数字电子技术，有必要将这些模拟量都转换成数字信号的形式进行处理。处理后的数字信号转换成模拟信号输出。这种模拟量到数字量的转换过程称之为模数转换，模拟与数字信号之间的接口称之为模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)。同样的，数字量到模拟量的转换过程称之为数模转换，数字与模拟信号之间的接口称之为数模转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)。可以看出，ADC和DAC成为了现实世界和计算机世界之间互通消息的必不可少的桥梁，它们的重要性也越来越明显。

模拟系统是指输入和输出信号都是模拟量的系统。模拟信号系统的优势在于，它是连续的信号，是以电压或电流的方式进行传输的，电路易于实现，并且它是以一根数据线作为物理传导媒介的。模拟信号系统的抗干扰能力较弱是它的缺点之一。数字信号系统是离散的系统。数字信号的优点是抗干扰能力强，易于同步，便于存储。它的缺点在于，常用并行多比特传输的方式，所以需要多根传输总线。因此研究了一种基于Sigma-Delta调制的信号处理系统，该系统集成了模拟和数字的优点，同时调制信噪比较高。常见的噪声调制方式有脉冲宽度调制和脉冲密度调制。但是脉冲宽度调制的缺点在于，假定两个连续的周期，在第一段周期内，选取1/3的宽度；在第二段周期内，选取1/4的宽度。另外在这两个周期上，截取一段周期的长度，并包含1/3的宽度或1/4的宽度，但是这1/3或1/4并不表示所截取周期上的1/3或1/4。而脉冲密度调制的缺点是，两个连续的周期上密度不是均匀分布的，所以任意截取一个周期的长度，但是它的密度都是不一样的，精度不是很好。但是Sigma-Delta调制不存在这些缺点，它可以很好的调制信噪比。

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