[发明专利]用于高阶Sigma-Delta调制器的PDλ有效

专利信息
申请号: 201811421144.9 申请日: 2018-11-27
公开(公告)号: CN109547386B 公开(公告)日: 2020-08-14
发明(设计)人: 徐驰;陆洪彬 申请(专利权)人: 海安南京大学高新技术研究院
主分类号: H04L27/36 分类号: H04L27/36
代理公司: 苏州市港澄专利代理事务所(普通合伙) 32304 代理人: 马丽丽
地址: 226600 江苏省南通市海安县*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 用于 sigma delta 调制器 pd base sup
【说明书】:

本申请公开了一种用于高阶Sigma‑Delta调制器的PDλ相位补偿器的设计方法,分数阶比例微分相位补偿器PDλ的传递函数为H(z)=kp+kd(w(z‑1))λ,其中kp为比例系数,kd为微分系数,(w(z‑1))λ为半阶微分算子,采用tustin联合连分式展开逼近方法对分数阶微分算子进行离散化。本发明的优点在于解决传统整数阶相位补偿器存在相位补偿深度和噪声整形强度互为矛盾这一缺陷;同时借助分数阶微分算子具有积分效果,不但可以补偿高阶Sigma‑Delta调制器的相位滞后,同时可以进一步提高调制器噪声整形能力。

技术领域

本申请涉及模数混合信号处理领域,特别是一种用于高阶Sigma-Delta调制器的PDλ相位补偿器的设计方法。

背景技术

随着数字电路功能的不断强大,其对模数转换器性能的要求也越来越高,传统的模数转换器的转换精度一般都不高,不能够满足系统高精度要求。 Sigma-Delta ADC是过采样模数转换器的一种,属于高精度模数转换器的一种,同时对前端抗混叠滤波器性能要求较低。因此,Sigma-Delta调制器被广泛用于机器人控制、语音识别、通信系统等领域。通过阅读大量文献发现, Sigma-Delta调制技术也是实现MEMS加速度传感器的理想方式之一。 Sigma-Delta调制器按系统的等效积分器个数可以分为二阶系统和高阶系统。二阶系统全时稳定、系统结构简单、电路容易实现,系统中仅包含传感结构和量化器等电路,不包含电学积分器,然而由于系统阶数较低,限制了 Sigma-Delta调制器的噪声整形能力,在模数转换时存在较大量化误差。高阶 Sigma-Delta调制器是在具有低通滤波特性的二阶传感结构后面级联电学积分器,积分器的个数越多噪声整形能力越强,模数转换误差也就越小。但面临 Sigma-Delta调制器稳定性差同时系统参数设计复杂等问题,需要合理设计系统结构与参数。目前,提高Sigma-Delta调制器性能的方法主要是通过在二阶 Sigma-Delta调制器结构中级联积分器,构造高阶Sigma-Delta调制器。一直以来,高阶Sigma-Delta调制器面临着稳定性差的问题,这一问题也成了限制高阶Sigma-Delta调制器投入实际使用的瓶颈问题。我们知道,高阶Sigma-Delta 调制器是在二阶Sigma-Delta调制器基础上级联积分器所构造而来的,由于积分器会为系统引入更多的极点,从而引起整个系统的相位滞后,最终导致系统稳定性变差。以往解决这一问题的方法主要有:系统参数进行更为合理的设计;采用MASH结构;采用相位超前补偿器。采用系统参数的设计来提高高阶Sigma-Delta调制器稳定性的方法主要是在系统稳定性和噪声整形能力方面进行折中,二者优势不可兼得。而MASH结构存在电路设计复杂问题,需要更为精确的电路匹配。因此,相位超前补偿器的设计成为改善高阶 Sigma-Delta调制器的主要方法。相位超前补偿器的原理是采用相位超前的方法去补偿积分器的相位滞后,从而保证系统稳定。但是不可忽略的一个问题是,相位超前补偿器虽然可以补偿相位的滞后,但是相位超前补偿器不可避免的会削弱系统输入信号增益,这将造成Sigma-Delta调制器噪声整形能力下降。因此,本发明针对相位超前补偿器存在降低输入信号增益这一问题,提出改进方案。具体讲就是采用一个分数阶PDλ微分器作为相位超前补偿器对高阶Sigma-Delta调制器进行相位补偿。

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