噪声整形在重l bit D/A变换中的应用

2.2 2次噪声整形原理

2次噪声整形电路是进行2次低频提升和低频衰减的电路，即在Δ调制方式l bit量化器的前后，分别加2级积分器和微分器构成的，如同1次噪声整形简化方式一样，电路可等效为图7。

由图7可得

Y(z)=W(z)+N(z)

w(z)=[1／(1--Z-1)]v(z)

V(z)=S(z)-z-lY(z)

S(z)=[1／(1-Z-1)]R(z)

R(z)=X(z)-z-lY(z)

以上各式经整理可得

Y(z)=X(z)+N(z)(1-Z-1)2所以，│H2(z)│=4│sin2(πf/Fa)│

可见2次噪声整形使噪声分布斜率更加陡峭，低频区量化噪声得到进一步降低。

一个采用2次噪声整形的l bit DAC系列的典型产品是飞利浦的SAA-7320。它主要包括3部分：过采样、2次噪声整形电路和脉冲密度调制输出。采样频率由44.1kHz变为11.2896MHz，增大了256倍。同时16bit信号转换成l bit信号来重建音频波形。再量化 误差通过反馈来纠正，并通过噪声整形处理来减少音频带内噪声电子。

3 MASH 噪声整形方式

在比特流方式中要把量化噪声进一步推向高频端，就要用更高次的积分器来提高低频增益，但是当次数高于3次时，积分器的相位已超过180°，很容易产生自激振荡。而多级噪声整形(MASH)方式不是仅靠数字负反馈来减少可听频带内的量化噪声，而是将负 反馈与前馈技术结合起来，达到减少量化噪声的效果。

前馈是指把与主回路中产生的失真相位相反的失真通过另外的环路(副回路)引到输出端，与主信号混合，以消除失真的方法。

图8是l bit D／A变换3次噪声整形电路，即采用MASH技术的电路。

 

电路将1次噪声整形和2次噪声整形并联起来。这里把1次噪声整形电路称为"环1"，2次噪声整形电路称为"环2"。环1通过负反馈，使量化器1输出的量化噪声移向高频端，且降低了低频区的量化噪声。环1、环2分别组成前馈的主、副回路。环2的输入信号是 环1的量化噪声。量化器Q2的输出信号经过微分器后叠加在环1的输出上组成最终的输出信号。因此环1的量化噪声通过2次噪声整形电路进行再量化，将再量化噪声叠加在环1上消除，这样就可以消除1次噪声整形电路的量化误差。

由图8可得

Y1(z)=X(z)+(1-Z-1)Nl(z) (1)
Y2(z)=-N1(z)+(1-Z-1)2N2(z) (2)

式(2)两边同乘(1-Z-1)得

(1-Z-1)Y2(z)=-Nl(z)(1-z-1)+(1-Z-1)3N2(Z) (3)

式(3)与(1)式相加得

(1-Z-1)Y2(z)+Yl(z)=X(z)+(1-Z-1)3N2(z)

将2次噪声整形的输出经过微分器再加到一次噪声整形的输出上，则总的输出为

Y(Z)=x(z)+(1-Z-1)3N2(z)

可以看出量化误差从N2(z)具有3次整形特性，相对1，2次噪声整形，带内噪声更少。若要实现4次噪声整形，可在副路下面再加一个1次噪声整形电路，其输入信号是Q2前后的差值，输出信号经微分后与3次噪声整形输出信号相叠加。图9表示了不同次数噪声整形电路偏移量化噪声的特性，图中F为过采样频率。
 

由图可以看出，噪声在f<F／6时，噪声整形级数越高，噪声电平越小；在F／6<f<F／2时，噪声电平随级数的增大而增大，因此应保证F／6≥20kHz。

通过对2种噪声整形方式的比较，可以看出MASH方式比比特流方式的显著优点在于能够稳定地进行高次噪声整形，但缺点是增加了一个量化器，当副路存在增益误差时(事实上副路本身会产生噪声)，不能把主路的量化噪声完全加以抵消。

采用过采样和噪声整形技术的L bit D／A变换已经成为LSI中的一个组成部分并已实用化。l bit 技术运用越来越广泛，目前l bit D／A，A／D变换，l bit数字扩大机已进入商品化，l bit数字扬声器也已开始开发和研制。随着l bit数字技术不断发展，它必将为数字录音和放音系统提供更多新型优质的数字音响设备。