硕士论文-应用于小麦克风阵列技术的sigmadelta模数及

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1、上海交通大学硕士学位论文应用于小麦克风阵列技术的Sigma-Delta模数及数摸转换器数字电路部分的设计与实现姓名：卫强申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：戎蒙恬20070206上海交通大学硕士学位论文应用于小麦克风阵列技术的Sigma-Delta模数及数模转换器数字电路部分设计与实现符号说明m米bit比特dB分贝Khz千赫兹mV毫伏Mhz兆赫兹ns纳秒pF皮法V伏特Ω欧姆µm微米10上海交通大学硕士学位论文应用于小麦克风阵列技术的Sigma-Delta模数及数模转换器数字电路部分设计与实现上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论

2、文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：卫强日期：2006年10月16日2上海交通大学硕士学位论文应用于小麦克风阵列技术的Sigma-Delta模数及数模转换器数字电路部分设计与实现上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文

3、被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：卫强指导教师签名：戎蒙恬日期：2006年10月16日日期：2007年2月6日3上海交通大学硕士学位论文应用于小麦克风阵列技术的Sigma-Delta模数及数模转换器数字电路部分设计与实现应用于小麦克风阵列技术的Sigma-Delta模数及数模转换器数字电路部分设计与实现摘要麦克风阵列技术，可通过声波到达麦克风阵列中各个

4、麦克风的延时和遮挡输出,产生时域波束(Beamforming)，将某个区域内的声源作为有用信号,而区域外的声源都作为噪声抑制掉。从而有效的消除各种非线性和非稳定噪声。但现有的传统麦克风阵列技术由于需要利用声波延时，其麦克风阵列中的麦克风之间的距离需要足够大，不适合便携应用领域，很难推广。随着集成电路技术的发展，器件尺寸不断减小，速度越来越快，集成度也越来越高。廉价、高速的数字集成电路已经能够构造复杂的数字系统，完成复杂的数字信号处理功能和任务。设计一种专用的集成了多通路语音模数转换器（ADC）和语音模数转换器（DAC），数字信号处理处理器（DSP），微控制器（

5、MCU）的集成电路，组成一个小麦克风阵列技术（相比于传统的麦克风阵列技术，麦克风之间的距离可以大大缩小）成为了可能。可以看出，要实现这样一个专用集成电路的设计，需要设计出可以通过CMOS工艺和复杂数字电路集成的小面积，低功耗，且可以根据算法需要灵活的动态配置信号Nyquist采样率和模数转换器通路数量的语音信号数模转换器和模数转换器。本文在研究了现有各种数据转化器的设计方法的基础上，研究了4上海交通大学硕士学位论文应用于小麦克风阵列技术的Sigma-Delta模数及数模转换器数字电路部分设计与实现一种易集成，可配置，低功耗，小面积的基于Sigma-Delta过

6、采样原理的语音信号数模及模数转换器的数字电路部分的设计和实现。从而可以很好的满足小麦克风阵列语音处理技术的要求。文章首先从传统的Nyquist率数据转换的局限性入手，分析在低Nyquist采样率信号的高精度转换领域，基于Sigma-Delta调制的过采样数据转换器所具有的优势。随后，分析了各种结构的Sigma-Delta调制器的特点，综合考虑调制器阶数，过采样率，以及量化字长等因素对数据转换器的信噪比性能指标，电路规模，和功耗的影响，提出了一种采用分段动态单元匹配（DEM）技术的两阶多比特Sigma-DeltaDAC数字调制器的设计实现。从而以较小的电路规模和

7、系统功耗，在减少了单比特量化Sigma-Delta调制器的理想“Tone”效应，并避免了两阶以上Sigma-Delta调制器非稳定性的问题的同时，调制器的理论信噪比达到130dB。由于在Sigma-Delta转换技术中，需要采用复杂的数字滤波器来实现采样率的变换，这部分电路很大程度上决定了整个系统的电路规模和功耗。因此，进行Sigma-Delta转换器的降采样FIR低通滤波器和升采样FIR低通滤波器的设计时，本文着重从数字滤波器的结构设计和具体电路实现两个方面来研究如何设计实现高效，低功耗，小面积的降采样低通滤波器和升采样低通滤波器。在滤波器的结构设计上，结合

8、Sigma-Delta转换器中变采样滤