Всем привет!

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

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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

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).

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Я был бы благодарен за любые замечания и советы.

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

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:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Или в общем виде
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

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).

А я осознал что не знаю.
У вас какой STF получается?

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.

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?

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

Для вашей - точно. Посчитайте.
Вы не пробовали подавать на вход модельки синусоиду 356 герц амплитудой 1e-4?

Сейчас попробуем

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.

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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

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.


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.


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

Спасибо за объяснения!
Первую книгу уже начал читать, вторую никак не могу достать
На счет коэффициента усиления в первом интеграторе я сам не уверен, но по другому получается очень слабый сигнал после этого интегратора, и импульсы со второй цепи обратной связи сильно перекрывают его.

По приведенных вами осциллограммам. На входе компаратора размах порядка 1e-7, на выходе после фильтра синусоида амплитудой порядка 1. Значит, квантователь усилил синусоидальный сигнал в порядка 10 миллионов раз. Минимум. Поэтому при расчете NTF/STF учет усиления квантователя в линеаризованной модели обязателен. С учетом этого усиления острый полюс в STF не образуется. А без учета - образуется. Посчитайте сами.

Вообще говоря, перед однобитным квантователем, очевидно, можно поставить усилитель с любым усилением без изменения характеристик схемы. Ничего вообще не меняется. Используемая для расчетов NTF теория должна это как-то учитывать. Как пишут в литературе, усиление порядка единицы оказывается только для многобитных модуляторов, с однобитными всё сложнее.

В общем, нужно копать литературу. Мне заниматься расчетами сигма-дельта модуляторов не приходилось, моих знаний теории, очевидно, недостаточно чтобы корректно проанализироать эту схему. Надеюсь их улучшить после того, как вы в конце концов опишите, как же её считать правильно?

Да, огромное усиление там в первом интеграторе у вас, очевидно, потому что интегратор в непрерывном времени. Перейдите в дискретное время, и усиление за шаг должно получиться гораздо меньше. А у второго интегратора придется его увеличить, сбаллансировав усиление компаратора. Потому что матлабу хорошо, он считает в даблах...

Да, с литературой надо поработать. А то пока и вправду танцы с бубном получаются. Пока вникаю в Dead Zones in DS Modulation.

Ok, в дискретном времени таких проблем не должно возникнуть. Хотя странно, что приходиться такое усиление делать. В литературе, статьях такое не описано.

Ну а подумать?
Что вообще такое, "усиление непрерывного интегратора"? Это величина, обратная его постоянной времени. Большое усиление означает малую постоянную времени.

Да уже подумал, но у людей такая же частота сигнала, все тоже, а усиления в интеграторе порядка единицы...

http://rapidshare.com/files/408545691/SDM.zip

Спасибо!

Архив кстати битый на рапиде. Так что поторопился со спасибо.

Только сейчас заметил последнее сообщение. Странно. На всякий случай залил по новому без архивирования:
http://rapidshare.com/files/411399810/SDM.pdf