Сигма дельта модуляция в цифровой аудиотехнике. Вологдин Э.И. - 33 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУТ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

33
Серьезный недостаток одноразрядных конверторов это очень высокий уровень оши-
бок квантования компаратора, из-за которого его SNR равен всего минус 9 дБ, и в котором
мощность шума больше мощности сигнала. В малоразрядных конверторах используются
квантователи типа Mid-Tread . У них всегда нечетное число уровней квантования, мощ-
ность шума квантования равна
2
12/
, а отношение сигнал-шум определяется по извест-
ной формуле
6 02 1 76 1SNR , q , dB, q
Это значит, что уже при трех битах SNR = + 20 дБ, а при 6 битах - +38 дБ. Различие
огромное, главное, что сигнал выше уровня шума. Это исключает необходимость исполь-
зовать очень высокую частоту дискретизации и модуляторы высокого порядка для дос-
тижения SNR 120 дБ. Например, если 1 бит сигма дельта модулятор 5 порядка с
16
os
K
имеет SNR = 60 dB, то увеличение числа уровней квантования до 8 , это 3 бита, SNR уве-
личивается до 108 дБ. Таким образом, два дополнительных бита могут увеличить SNR на
48 дБ.
Важное преимущество малоразрядных конверторов - это возможность использовать
стандартную технологию Dithering с треугольным законом распределения вероятностей -
TPDF с размахом пиковых значений
LSB
. Это позволяет сделать передаточную функ-
цию квантователей более линейной и устранить искажения звука, обусловленные арте-
фактами и ошибками квантования, что крайне важно для высококачественных звуковых
трактов. В отличие от 1 бит сигма дельта модуляторов, технология Dithering в малораз-
рядных конверторах не приводит к перегрузке и не сужает динамический диапазон. Одна-
ко, мощность квантования достигает величины
2
4/
, а отношение сигнал шум опреде-
ляется равенством
6 02 3 01SNR , q , dB
Важно также, что чем больше число разрядов DAC, тем ближе форма сигнала на вы-
ходе цифрового модулятора приближается к форме воспроизводимого звукового сигнала,
а не носит чисто импульсного характера. Это
значительно упрощает низкочастотную фильт-
рацию при воспроизведении ЗС.
Другое важное преимущество малоразряд-
ных аудио конверторов это значительно мень-
шая чувствительность к паразитной фазовой мо-
дуляции тактовой частоты модулятора, которая
вызывает большие искажения воспроизводимо-
го ЗС. В 1 бит сигма дельта модуляторе первого
порядка для достижения SNR = 100 dB джиттер
тактовой частоты должен быть меньше 10 пико-
секунд. Такие высокие требования к джиттеру
связаны с большим шагом квантования.
В тоже время у 6-бит ЦАП шаг квантования в 64 раза меньше, и во столько же раз
меньше требования к джиттеру тактовой частоты. Уменьшение шума квантования и
влияния фазового джиттера наиболее сильно проявляется когда используются квантова-
тели Mid-Tread, у которых нечетное число уровней квантования. При этом положительные
и отрицательные значения цифрового сигнала становятся симметричными относительно
нулевого значения.
На рис.41. приведена передаточная характеристика реального ЦАП, с видимыми
внутренними и внешними дефектами изготовления. Можно представить сколько нужна
труда, чтобы ее исправить путем лазерной подгонки шагов квантования. Многочисленные
преимущества малоразрядных ADC и DAC привели к исследованиям различных методов
преодоления проблем, связанных главным образом с ошибками подгонки элементов
устройств, используемых в ЦАП, для генерации уровней постоянного тока.
Рис.41. Дефекты ЦАП, определяющие
линейность его передаточной функции

Страницы