[artemij 0]

Всем привет!

 

Я изучаю дельта сигма АЦП второго порядка. Начал с моделирования в пакете Matlab Simulink. Но возникли некоторые вопросы.

Структурная схема модели:

 

 

Параметры клока: 10МГц. Частота среза фильтра: 20кГц. Частота входного синусоидального сигнала: 10кГц. Амплитуда входного сигнала: 0.9 В.

 

Наверное сразу возникнет вопрос а зачем такая передаточная функция у первого интегратора? А по другому результата не получаю.

Графики сигналов с различных точек:

 

 

Интересно, что с такими реализациями отношение сигнал шум и нелинейные искажения -118dB (при OSR=256).

 

А теперь начинается самое интересное, если мы меняем значение Gain4 от 1 к 10 (или же можно изменять передаточную функцию первого интегратора), то происходит следующая ситуация, сигнал поступающий с первого интегратора до второго сумматора автоматически "масштабируется"(интересно с чего бы, меняем то только параметры первой(там где Gain4) петли). Причем масштабируется он по синусоидальной составляющей, а быстрые колебания, отвечающие за накопле..... а кстати, за что они отвечают, остаются с прежней амплитудой. (Надеюсь хоть кто нибудь понял, что я имел ввиду).

 

 

Причем после соотношение шум и нелинейные соотношения ухудшается на 10dB. С чего вдруг происходит это перемасштабирование и вообще как работает дельта сигма АЦП второго порядка?

 

В принципе ситуация не меняется если работать с передаточной функцией и уменьшать усиление с 5000000 до меньших значений.

 

Для себя я нашел следующее объяснение. Если для данной частоты сигнала уменьшить усиление с 5000000 до 1 то тогда мы будем иметь уровень сигнала поступающий на последний интегратор значительно меньший чем он может обработать и мы работаем не эффективно. Т.е. присутствует такая же зависимость SNR от уровня входного сигнала.

 

 

Я был бы благодарен за любые замечания и советы.

 

 

 

 

 

 

[artemij 0]

:bb-offtopic:

Может я не в ту ветку форума тему поместил? Неужели никто с этим бубном не танцевал? :)

[Oldring 0]

:bb-offtopic:

Может я не в ту ветку форума тему поместил? Неужели никто с этим бубном не танцевал? :)

 

 

Почему же никто не танцевал?

http://www.google.com/search?hl=en&q=s...elta+modulators

 

 

[artemij 0]

Почему же никто не танцевал?

http://www.google.com/search?hl=en&q=s...elta+modulators

Ну в таком случае танцевали очень многие :)

 

Я же искал человека который не просто танцевал, но еще и имел бы желание помочь другим разобраться в данной теме.

 

По поводу дельта сигма АЦП первого порядка есть интересный линк: http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/DeltaSigma.html

Вот там действительно объясняется как все идет через АЦП как все работает.

 

Как работает например такая схема я нигде конкретно не находил:

 

Или в общем виде

 

Есть даже Delta Sigma Toolbox, в которой можно сделать то что тебе требуется, но все же хочется понять что делаешь. Зачем все эти дополнительные цепи связи. Смысл в цепи связи с -g1 с предыдущего рисунка я вообще не вижу, и как оно может улучшить характеристики тоже не понимаю.

[Oldring 0]

Как работает например такая схема я нигде конкретно не находил:

 

Это называется "многобитный модулятор".

Классически, при анализе сигма-дельта АЦП заменяют связку квантователь-цап (цап есть всегда, даже когда квантователь однобитный) на обычный сумматор сигнала на входе квантователя и ошибки квантования Eq, после чего анализируют модулятор как линейную систему с двумя входами, при этом Eq считают белым и равномерно распределенным.

[artemij 0]

Это называется "многобитный модулятор".

Классически, при анализе сигма-дельта АЦП заменяют связку квантователь-цап (цап есть всегда, даже когда квантователь однобитный) на обычный сумматор сигнала на входе квантователя и ошибки квантования Eq, после чего анализируют модулятор как линейную систему с двумя входами, при этом Eq считают белым и равномерно распределенным.

Спасибо, на счет того что он может быть многобитный я догадался. Как расчитывается NTF и STF я знаю.

Вопрос был в другом. Что происходит внутри.

В принципе не трудно догадаться, что все эти схемы с различными цепями связи пошли от структурных схем фильтров. Если рассматривать CRFF архитектуру АЦП, то логично предположить, что цепь -g1 предназначена для устранения "эха"(ну или похоже на это).

Изменено 22 июля, 2010 пользователем Artemij14

[Oldring 0]

Спасибо, на счет того что он может быть многобитный я догадался. Как расчитывается NTF и STF я знаю.

 

А я осознал что не знаю.

У вас какой STF получается?

[artemij 0]

В интересующем меня диапазоне должно получаться просто z^-1. Т.е. просто задержка на период клока. Правда у меня сейчас в результате симуляции задержка на два периода клока и меняться не хочет :)

 

 

Хотя это же дельта сигма АЦП второго порядка, два интегратора.... Тогда все понятно.

Изменено 22 июля, 2010 пользователем Artemij14

[Oldring 0]

В интересующем меня диапазоне должно получаться просто z^-1.

 

А если посчитать? Там вроде а районе 356 герц острый резонанс вылазит. Который в модели с квантователем не наблюдается. Классический анализ для такого фильтра неприменим?

[artemij 0]

Про резонанс на 356 Гц я не совсем понял. Это конкретно для моей модели? Или для всех дельта сигма АЦП?

 

Вообще говоря у меня что только не вылазило.

При "некотором" выборе параметров сигнала и АЦП шум уходит на -200dB, а нелинейные искажения в виде гармоник Fsignal/2, Fsignal*2, Fsignal*4, и т.д. увеличивались до -100dB. Это для меня тоже одна из загадок :)

[Oldring 0]

Про резонанс на 356 Гц я не совсем понял. Это конкретно для моей модели? Или для всех дельта сигма АЦП?

 

Для вашей - точно. Посчитайте.

Вы не пробовали подавать на вход модельки синусоиду 356 герц амплитудой 1e-4?

[artemij 0]

Сейчас попробуем :)

 

Я надеюсь вы надо мной не издеваетесь?

Изменено 22 июля, 2010 пользователем Artemij14

[Oldring 0]

Я надеюсь вы надо мной не издеваетесь?

 

Нет, не издеваюсь. При выкидывании квантователя резонанс наблюдается очень хорошо. Видимо нелинейности его всё-таки рушат.

 

Ну и конечно при расчете STF некорректно принимать усиление квантователя равным 1. По графикам хорошо видно что оно порядка миллиона. Точне, 10 миллионов.

[artemij 0]

Ну и конечно при расчете STF некорректно принимать усиление квантователя равным 1. По графикам хорошо видно что оно порядка миллиона. Точне, 10 миллионов.

 

Откуда 10 миллионов взяли я никак понять не могу. Да и как вообще ищете усиление квантователя? На входе пусть будет единица, на выходе "ШИМ" и как тогда оценивать? Если сделать фильтр антиалиасинг, то после него амплитуда будет того же порядка, ну может несколько ниже, но усиление в 10 миллионов.... Хороший тогда получается АЦП :)

 

Попробовал подать сигнал с амплитудой и частотой, как вы и прописывали. :) Но результата никакого, Что 356, что 384, что 342, все равно.

Смотрите спектры для 356 и 384, разницы нет.

 

Почему 356? ДС АЦП устройство нелинейное, но все зависит от параметров. :) Для моей модели этого эффекта нет, возможно с другой частотой клока, параметрами интегратора, усиления в цепях связи это и будет наблюдаться.

[hobgoblin 0]

Что-то в Вашей модели все-таки не так, не должно быть такого большого коэффициента усиления в первом интеграторе. Хотя может быть я и не прав, я только ЦАПы делал.

 

Смысл в цепи связи с -g1 с предыдущего рисунка я вообще не вижу, и как оно может улучшить характеристики тоже не понимаю.

Локальная обратная связь, охватывающая пару каскадов, образует резонатор, который дает ноль в NTF. В результате из Баттерворта шумовой фильтр превращается в инверсного Чебышева. Двигая ноль достигается расширение полосы за счет некоторого ухудшения ОСШ в ней.

 

В принципе не трудно догадаться, что все эти схемы с различными цепями связи пошли от структурных схем фильтров.

Гадать тут не надо, надо правильную литературу читать:

Delta-Sigma Data Converters. Theory, Design and Simulation. Edited by Stewen R. Norsworthy, Richard Schreier, Gabor C. Temes

или

Understanding Delta-Sigma Data Converters. Richard Schreier, Gabor C. Temes