16bit音频过采样dac的fpga设计实现

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1、摘要基于∑一△噪声整形技术和过采样技术的数模转换器(DAC)可以可靠地把数字信号转换成为高精度的模拟信号。采用这一结构进行数模转换具有诸多优点，例如极低的失配噪声和高的可靠性，便于作为IP模块嵌入到其他芯片系统中等，更重要的是可以得到其他DAC结构所无法达到的精度和动态范围。在高精度测量、音频转换、汽车电子等领域有着广泛的应用价值。由于非线性和不稳定性的存在，高阶∑一△调制器的设计与实现存在较大的难度。本设计综合大量文献中的经验原则和方法，首先阐述了∑一△调制器的一般原理，并讨论了一般结构调制器的设计过程，然后描述了稳定的

2、高阶高精度调制器的设计流程。根据市场需求，设定了整个设计方案的性能指标，并据此设计了达到16bit精度和满量程输入范围的三阶128倍过采样调制器。本设计采用∑一△结构，根据系统要求设计了量化器位数、调制器过采样比和阶数。在分析高阶单环路调制器稳定性的基础上，成功设计了六位量化三阶单环路调制器结构。在16比特的输入信号下，达到了90dB左右的信噪比。该设计已经在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件实现和验证，并实现了实时音频验证。测试表明，该DAC模块输出信号的信噪比能满足16比特数据转换应用的分辨率要求，并具备良好的兼

3、容性和通用性。本设计可作为IP核广泛地在其他系统中进行复用，具有很强的应用性和一定的创新性。关键词：数模转换器；∑一△调制；过采样；高精度；实时音频验证AbqtractAbstractDi百tal．to—analogConvenor(DAC)，basedon∑-△noise-sh印ingandov野s锄plingtecllIliques，canconVertdi西talsi印a1tohi曲res01utionanalogsi印alreliably．IthausmanyadVantagesinconVening，suchas

4、theultimatelowmismatch，hi曲reliabil时andbeingabletoeInbedtootllerSOCasa11IP—coremodule．Themoreimp吲antisits11i曲res01“onanddyll锄icraIlgecomp撕ngtootherDACstmctures．Therefore，itiswidelyusedi11hi曲一res01utionmeasurements，audioconVertin&carelectromcs，andotller右elds．nisdi衔c

5、ulttodesignandimplerIlemahigh—order∑一△modulatorduetomenon．1ine撕ty觚dthenon—stability．BaLsedonasynmesisofmanyempiricalp血cipalsaJldmemods丘omref打ences，thebasicprinciplesof∑-△modulatorisdescribedinthisp印eratfirst．Andthedesi朗nowofmodulatorwithconunonstnlctureisdiscuSsed

6、．Then，adesignflowofstable，m曲一orderandhigh—resolutionmodulatorisproposed．Theperf．orm距cepar锄etersofsuchmodulatordesignscheⅡlearespecifiedaccordingtomemarketrequir锄ent．Basedonthescheme，al6-bitres01ution，m11．scaleinputrangeaIldthree—order128oVer．s细plingmodulatordesign

7、isaccomplishedinmisp印er．∑．△stmcnIreisadoptedint11isp印er，thequantizationbit，oVers锄plingratioandorderoft11emodulatoraredetemlinedfollowingthesystemrequir锄ent．Sixbitquantiza，tioIl't11ree—ordersin酉e-loopstmcturemodulatorisimplementedafterade印stabilityanalysisofhi曲一ord

8、ersingle-100pmodulator．Thisdesi盟haSbeenhnpl饿entedandv积6ed0ntheCycloneFPGApl妇I蕊，withthereal—timeaudriosi印a1v耐fication．TestingresultsindicatesthatmeSNRofm