新一代音频DAC的架构原理
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2020-10-22
12:27:16
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新一代音频新一代音频DAC的架构原理的架构原理
本文介绍了欧胜微电子公司最新一代音频数字-模拟转换器(DAC)的架构，专注于设计用于消费电子应用中提供
高电压线驱动器输出的新器件系列。
本文介绍了欧胜微电子公司最新一代音频数字-模拟转换器(DAC)的架构，专注于设计用于消费电子应用中提供高电压线驱动
器输出的新器件系列。
基本原理
增量累加调制器通常用复杂的术语进行描述，使用数学公式、状态表和理论模型。尽管所有这些对于理解增量累加调制的复杂
性是必要的，对于本文的目的来说关键是了解SDM架构的好处以及他们在音频转换器IC中的应用。
增量累加调制的两个基本原理是：
●
采样过程产生量化误差;输出处的采样电平和期望的输出电平之间的差值。
奈奎斯特采样原理表明，为准确对一个信号进行从模拟到数字域的转换，信号必须在信号最高频率分量的频率的两倍进行采
样。最高频率分量也称为奈奎斯特频率。对于音频，典型的带宽在20Hz到20KHz之间，采样频率倾向于44.1KHz(对于CD音
频)到192kHz(DVD音频)。
采样频率低于奈奎斯特频率的两倍，会导致混叠，输入信号以奈奎斯特频率附近的镜像折叠回到音频频段。
在SDM转换器中，
过采样过程将量化噪声在比其他数据转换方法更宽的带宽上扩散量化噪声，因此在音频频段内的量化噪声就非常少。
● 噪声整形
除了在很宽的频谱上扩散量化噪声外，SDM还用作低通滤波器来对输入信号滤波，一个高通滤波器对量化噪声滤波，将量化
噪声推倒音频频带之外。对于ADC，这允许在不减少SNR的情况下，转换器使用更少的比特数。
过采样的要求意味着增量累加调制器设计最适合低带宽应用，例如音频数据转换，例如音频数据转换。
设计考虑
基于SDM的架构很复杂，设计师有很多选项来针对特定应用优化他们的设计。关键的折中考虑阶数、分辨率和架构拓扑。
增量累加调制器的阶数：
一阶和二阶SDM本身是很稳定的，产生很大的带内噪声，但是具有很低的带外噪声。高阶SDM能有条件稳定，会产生更大的
带外噪声，因此对时钟抖动很敏感。
欧胜微电子公司最近的DAC架构基于二阶增量累加调制解调器，驱动时钟速度很高以减少带内噪声，因此对于时钟抖动不敏
感。
● DAC分辨率
DAC分辨率的增加降低了量化误差，因此改善了DAC的理论信噪比(SNR)。
对于每个比特的分辨率，理论的最大SNR近似为6xn，这里n是比特位数。因此，24比特的音频DAC理论的最大SNR接近
144dB。
欧胜公司的DAC设计是基于5比特或6比特转换器，结合SDM架构提供最高24比特的分辨率。
不同的噪声源，包括模拟和数字噪声，SNR不能达到理论的最大值-144dB。然而，因为设计方法改善，欧胜每一代的高性能
DAC努力接近理论最大值。
性能、稳定性、尺寸和成本直接受上面的设计问题影响。
● DAC架构
可以认为典型的增量累加DAC 包含下面的要素：插入滤波器—增加有效的比特率，允许DAC对输入信号进行过采样。
欧胜使用三阶级联积分梳状滤波器(CIC)来对8fs～128fs的镜像进行衰减。这种方法对于输入采样率若干倍的频率分量的衰减
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