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△-∑ DAC将过抽样技术和噪声整形技术相结合,对量化噪声进行整形,有效衰减输出信号带内的量化噪声,提高信噪比。与传统的Nyquist转换器相比,过抽样△-∑ DAC充分利用了数字电路规模越作越大、速度越作越高而成本越作越低的发展趋势,在模拟电路部分降低了对性能指标和元件精度的要求,简化了模拟电路的设计和生产成本。过抽样△-∑ DAC主要包括三部分电路:数字插值滤波器、△-∑调制器和内部多位DAC。
本文给出了一个用于音频系统、64倍过抽样的△-∑ DAC设计。其中插值滤波器的过抽样率取为64,△-∑调制器选用4阶4-bit输出、带有前馈和反馈回路的结构,内部DAC选用带有混合FⅠR/ⅡR滤波器的全差分电路结构。论文中的电路设计采用0.35um CMOS工艺,模拟部分利用Cadence Spectre工具仿真,数字部分利用Matlab软件进行行为级仿真。
插值滤波器采用3个半带滤波器和1个梳状滤波器级联的形式实现,一步步提高过抽样率。和用一个滤波器实现相比,使用4个滤波器级联的形式大大降低了电路设计的复杂度。同时对设计好的滤波器系数进行CSD编码,避免了在硬件实现时使用乘法器,这样既便于硬件实现又减小了硬件规模。△-∑调制器采用线性分析模型进行设计。设计达到120dB信噪比,对通频带内的噪声有很好的抑制,同时对信号无衰减。考虑到硬件实现的复杂度,设计好的调制器系数也进行了调整,避免了使用乘法器。内部DAC的设计,考虑到在实现数模转换的同时又要滤除带外噪声,所以采用带有混合FⅠR/ⅡR滤波器的开关电容DAC结构。这种结构还可以增加对时钟抖动的不敏感度,同时能有效降低模拟电路的功耗。