1. 研究目的与意义（文献综述）

目的意义

随着社会的发展，科技的进步，特别是信息技术的快速发展，对信息的处理精度要求越来越高，同时对器件的要求也随之提高。近几年,电子技术不断发展，特别是消费类电子设备，如音频、视频产品，数据转换器在信号处理方面起着重要的作用。数据转换器的作用是把模拟信号转换为数字信号（adc）、把数字信号转换为模拟信号（dac），这样就能使强大的数字信号处理电路与模拟世界对接，数据转换器起着模拟与数字之间的桥梁作用，数据转换器的精度对后续的数字信号处理至关重要。数据转换器中sigma-delta转换器是当前最流行的高精度转换器，如图1所示为sigma-delta转换器的一般框图，其中sigma-delta调制器是其最重要的部分之一，设计良好的sigma-delta调制器可让数据转换器的性价比得到大幅度提升，同时使抗混叠滤波器的设计更容易。当前的集成电路工艺基本是cmos工艺，特别是数字电路，利用cmos工艺设计的sigma-delta调制器能很好的融合于数字电路，易于单片集成，缩短设计周期。sigma-delta调制器在低频特别是音频方面能实现信号的高精度处理，在无线通信、数字视频、传感器等也应用广泛。

国内外研究现状

sigma-delta调制器主要应用于数据转换器中达到高精度。sigma-delta调制概念于1962年由h. inoise提出，h. inoise描述了一个使用连续时间积分器作为环形滤波器，schmitt触发器作为量化器的噪声调制结构，并获得将近40db的信噪比（snr）[6]。sigma-delta调制器的主要精髓在于过采样和噪声整形，其目的就是为了提高信号带宽内的snr，sigma-delta调制器的snr越高，sigma-delta调制器的有效精度就越高。sigma-delta调制器从最初的低阶低位、简单结构到现今的高阶高位、复杂结构，snr也随之提高。1986年，r. w. adams给出一个18位、采用sigma-delta调制的adc，该sigma-delta调制器使用三阶连续时间环形滤波器，4位量化器[6]。多阶、多位量化结构使adc的精度得以提高，但sigma-delta调制器的阶数越高稳定性会下降；多位量化中器件的不匹配会引入噪声。针对多阶不稳定，j. c. candy和a. huynh提出了用于sigma-delta调制器中的级联(mash：multi-stage noise shaping)结构，通过级联稳定的低阶结构达到高阶的效果，但也会因为器件不匹配出现噪声。针对多位量化和mash结构中的不匹配，研究人员提出数字校正技术以保证调制器的snr不降低。早期的sigma-delta调制器多用于低频信号的处理，带通sigma-delta调制器在1980年后期出现，现在的研究是在不降低snr的前提下扩展信号带宽[6]；2000年后出现了应用于射频（rf）的sigma-delta adc，sigma-delta调制器已开始应用于不同的频段。目前已经出现31位高精度sigma-delta adc，这样的精度是超越其他adc的。现今的sigma-delta调制器结构如下：单环和级联sigma-delta调制器、一位和多位量化sigma-delta调制器、低通和带通sigma-delta调制器、离散和连续sigma-delta调制器。不同调制器各有利弊，在设计中可组合不同结构的调制器。

2. 研究的基本内容与方案

（1）基本内容

本次课题将研究应用于音频的sigma-delta调制器的原理，对调制器系统进行研究、设计并仿真，依据系统的仿真进行电路结构的设计，基本内容如下：

a) 学习sigma-delta调制器的基本原理，由于sigma-delta调制器涉及到信号的处理，需要学习信号与系统及数字信号处理的知识，特别是噪声的分析、z变换、零极点对系统的影响等，对系统的设计与仿真有很大的帮助。

b) 在sigma-delta调制器的电路拓扑结构中，开关电容（sc）电路技术因其适用于对模拟信号实施精确的线性化处理，同时具有独特的多元化应用特点，是sigma-delta调制器的主要电路拓扑。所以需要学习开关电容电路理论的知识。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的相关软件及知识 方案完成开题报告。

第4－7周：查阅相关参考文献，研究sigma-delta调制器的实现原理、设计方法。

第8－12周：利用simulink搭建需要的系统模型，并调整系统参数以达到要求。

第13－15周：根据搭建的系统模型及设置的参数进行电路结构的设计，并利用电路软件进行仿真。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]孔梦华，卜 刚，吴振淇. 低功耗sigma-delta调制器的建模与设计[j]. 电子科技，2106，29(9)：136-144

[2]刘富锐，梦晓风. 单环四阶sigma delta调制器噪声传递函数设计[j]. 微电子学与计算机，2106，33(10)：68-77

[3]代田慧，彭晓宏. 应用于音频设备的14-bit sigma-delta调制器的设计[j]. 电子设计工程，2016，24(26)：43-46

[4]李冬梅，高文焕，张鸿远，王志华. 过采样sigma delta调制器的研究与仿真. 清华大学学报（自然科学报）[j]，2000，40(7)：89-92