浅谈Delta-Sigma之工作原理

现在我们就开始正式进入△-ΣD/A converter之殿堂。为了使本文雅俗共赏，笔者避开了所有的数学方程式，尽量以图解的方式作观念上的介绍。要了解△Σ调变，必须先从△调变下手，比较容易进入状况，复杂如CS4328所采用之五阶△Σ调变就是从最原始之△调变一步一步演化而来的。请详见图一的演化图。 **浅谈Delta-Sigma工作原理** Delta-Sigma（ΔΣ）转换器，也称为ΣΔ调制器，是数字模拟转换器（D/A Converter）中的一种常见架构，尤其在高分辨率音频应用中广泛使用。其核心思想是通过高频采样（Over Sampling）和噪声整形来实现高精度的信号转换。 在Δ调变的基础上，ΔΣ调变引入了一个反馈机制，以提高转换精度。Δ调变的基本原理是通过比较输入数字信号（Xd）与积分器的输出（Zd）的大小，调整输出信号（Yd）为1或-1，使得积分后的Zd尽可能逼近Xd。这个过程可以用简单的减法器和比较器实现，如图二所示。 然而，Δ调变存在两个主要问题：一是对于快速变化的输入信号，积分器可能无法及时响应，导致失真；二是无法准确表示直流或低频成分，因为其本质是对输入信号的变化率进行量化。为了解决这些问题，ΔΣ调变应运而生。 在ΔΣ调变中，积分器被提前到系统前端，形成一个数位积分器，如图五所示。这样，输入信号先被积分，使得快速变化的斜率变得平缓，降低了对后续比较器的要求。同时，由于积分器的放大效应，直流或低频成分得以增强，从而能够被有效处理。 积分器后的部分是1Bit DAC，它将数字信号Yd转换为模拟信号Ya。接着，模拟积分器将Ya积分得到Za，其波形与Zd相同，但Za是模拟形式。通过一个模拟低通滤波器去除高频噪声，得到平滑的模拟输出Xa，它近似于原始的数字输入信号Xd。 五阶ΔΣ调变是通过增加反馈级数来进一步提高精度，每一级都会增加系统的稳定性和噪声抑制能力。在CS4328等高性能D/A转换器中，这种五阶ΔΣ调变架构能提供卓越的音质和动态范围。 总结来说，Delta-Sigma调变是一种高效、高精度的数字模拟转换方法，它通过高频采样和噪声整形克服了传统Δ调变的局限性，适用于各种对转换质量有较高要求的应用场景。通过图解而非复杂的数学公式，我们可以更好地理解其工作原理，从而在实际应用中灵活运用。