（系统工程专业论文）基于△∑调制的数字音频功率放大器研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 在音频功率放大器领域，目前约有9 5 的放大器均采用模拟技术。传统 模拟音频功率放大器存在功耗高、效率低的致命弱点。d 类音频功率放大娶 凭借其高效率、低功耗的特点，正在逐渐取代传统模拟类功率放大嚣。三前 d 类放大器通常采用传统的p w m 调制方式，输入为模拟音频信号( 通常设为 正弦波) ，将其与三角波( 或锯齿波) 进行比较，输出p w m 信号来控青! 魂辜子 关管的关断。由于传统d 类放大器只能对模拟音频信号进行放大，匿丽荨万 是一种全数字音频功率放大器。 论文引入通信领域中的调制技术，当输入为数字音源时，它能够直 接对数字输入进行放大，省去了传统d 类放大器时所必须的数模戋换龟路 ( d a ) ，是一种真正意义上的全数字音频功率放大器。它的主要特点在于它与 过采样技术相结合，具有良好的噪声整形效果，可将量化噪声显著推到高频 部分，在经过一个简单的低通滤波器后，能够得到很高的信噪比输出，从而 实现高效率、高保真音频功率放大器设计要求。 论文首先比较了模拟类功率放大器和d 类功率放大器的优缺点，并对传 统d 类功率放大器和采用调制的d 类功率放大器进行了比较，深入分析 了调制技术在d 类功率放大器中的工作原理；分析了多种三调制器结 构及高阶调制器的稳定性问题；设计了种稳定的调制器，并进行了 仿真分析论证。 关键词：p w m 调制；调制器：过采样；噪声整形；信噪比 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 a b s t r a c t i nt h ea u d i oa m p l i f i e rd o m a i n ，a p p r o x i m a t e l y9 5 o fa m p l i f i e ri sb a s e do n t h et r a d i t i o n a la n a l o gt e c h n o l o g yw h i c hh a sb e e nu s e df o rm o r et h a nt0y e z r s s u c hk i n do fa m p l i f i e rh a ss h o r t c o m i n g so fl o we f f i c i e n c y c l a s sda u d i op o w e r a m p l i f i e r , w h i c hw o r k si ns w i t c h i n gm o d e h a sa d v a n t a g eo fh i g he f f i c i e n = 3 7a r i d t h u sb e c o m e so n eo ft h em o s tp r o m i s i n ga u d i oa m p l i f i e rs o l u t i o n s m o s ：o f t r a d i t i o n a lc l a s sd a m p l i f i e rs o l u t i o n sa r eb a s e do np w m ( p u l s ew i d t hm o j u l a z , 。- j m o d u l a t i o nt e c h n i q u e ，w i t hi t si n p u ta sa n a l o ga u d i ow a v e ( s i n ew a v e ) ，w 7 h i c hi 5 c o m p a r e dw i t ht r i a n g l ew a v e ( o rs a w - t o o t hw a v e ) t oo u t p u tp w m 取a 、+ e st o c o n t r o lt h ep o w e rs w i t c hm o s f e t si ns w i t c h i n gs t a t u s t h u si tc a l lo n l ya m p i i 毒 a n l o gs i g n a l s t h et h e s i si n t r o d u c e st h es i g m ad e l t am o d u l a t o r ( s d m ) t e c h n i q u et or e p l a c e p w mt e c h n i q u e i t si n p u ti sd i g i t a la u d i os o u r c e sa n di tc a l ld i r e c t l ya m p l i f y d i g i t a ls i g n a l s i to m i t sd ac i r c u i tw h i c hi s am u s ti nt r a d i t i o n a lc l a s s3 a m p l i f i e r ，i ti st h e r e f o r ear e a ld i g i t a la u d i op o w e ra m p l i f i e r i tc o m b i n e sw i t h o v e r s a m p l i n gt e c h n i q u e ，a n dh a se x c e l l e n tn o i s es h a p i n ge f f e c t s i t c a np u t q u a n t i z en o i s e st ot h eh i g hb a n do fs i g n a l s ，s ow i t hl o wp a s sf i l t e r , i tc a no u t p u t h i g hs n ra u d i os i g n a l t h i st e c h n i q u ep r o v i d eaw a yt or e a l i z eah i g he f f i c i e n c e a n dh i g hf i d e l i t ya u d i op o w e r a m p l i f i e r t h et h e s i sc o m p a r e sa n a l o ga u d i oa m p l i f i e rw i t hd i g i t a la u d i oa m p l i f i e r ，a n d c o m p a r e st r a d i t i o n a lc l a s sda m p l i f i e rw i t hc l a s sda m p l i f i e rb a s e d0 1 1s d m t h e a n a l y s i so fs d mu s e di n c l a s sda n dt h es t a b i l i t yo fh i g ho r d e rs d ma r e p e r f o r m e d ak i n do fs t a b l es d mi sd e s i g n e da n ds i m u l a t i o n sa r ep e r f o r m e dt o v e r f yt h ea n a l y s i sr e s u l t s k e y w o r d ：p u l s ew i d t hm o d u l a t e ；s i g m ad e l t am o d u l a t o r ；o v e rs a m p l i n g ； n o i s es h a p i n g ；s i g n a ln o i s er a t i o 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第1 章绪论 全球音视频领域的数字化浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求， 迫使人们尽快研究开发高效、节能、易于与数字化设备接口的音频功率放= = = 器。d 类音频功率放大器由于其开关管工作于开关状态，因此具有高效率、 低功耗等优点。目前，d 类音频功率放大器在各种以电池供电的便携式产品 中的应用已经相当普及，例如在手机、p d a 、m p 3 p l a y e r 等应用中以9 娄 取代a b 类放大器的趋势便已相当明显t “”j 。 1 1 数字音频功率放大器的研究现状和发展趋势 音频功率放大器通常分为传统模拟音频功率放大器和数字音频功率放大 器( d 类放大器) 两大类。传统模拟类音频放大器常用的有a 、b 、a b 类三 种。传统类音频放大器的一个共同缺点是效率很低，a 类音频放大嚣的理论 效率是2 5 ，实际效率大约为1 5 2 0 ；b 类音频放大器的理论效率是7 5 ： a b 类音频放大器的理论效率7 5 ，实际效率在5 0 7 0 之间。而数字音频放 大器( d 类放大器) 的理论工作效率为1 0 0 ，实际效率不低于8 5 。越高 的功率输出，d 类的高效率优势就越明显。高效率首先带来省电的好处，对 于m p 3 和音乐手机等以电池作为供电电源的设备来说，这是非常重要的性能 指标。省电就意味着更长的播放时间，更容易打动消费者，其次是产生热量 少，降低了热管理成本。因此，d 类放大器更适于要求高效率、小体积的应 用场所，为越来越精致化的消费电子产品提供了广阔的前景。 d 类音频放大电路简单，体积相对比较小，同时大部分情况下不需要散 热片或者仅需要很少面积的散热片，大大减小了整体体积。目前市场上有1 0 0 多款d 类音频i c ，在对体积、效率、散热敏感的设备中，如手机、便携式音 视频播放机、平板电视、背投电视、汽车音响、小型整合式家庭影院、电脑 多媒体音箱等，d 类音频功率放大器具有潜在的应用价值。 由于d 类放大器具有卓越的性能，使其市场在近年来得到了极快的发展， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 根据市场研究公司f o r w a r dc o n c e p t 的数据，其全球市场在2 0 0 3 年增长了 2 0 0 ，达至u t k 千四百万美元，在2 0 0 4 年将要增长6 8 ，预计在2 0 0 8 年相 对于2 0 0 3 年将增长1 0 倍，达到八亿两千三百万美元。由此可以推算出各生 的发展趋势，如图1 1 所示 1 l 】。 图1 1 全球d 类放大器的预计年营业额 这样高的增长速度在同类的集成电路中是罕见的，可以预见，至2 0 1 0 年左右，d 类放大器将会在各种应用场合取代几乎所有的普通a 类和a b 类 放大器。 传统意义上的d 类放大器通常采用p w m ( p u l s ew i d t hm o d u l a t o r ) 调制 技术，其输入模拟音频信号与一个参考三角波信号进行比较，生成一个p w m 控制信号来控制桥式功率电路中的晶体管，使其工作于开关状态，从而得到 一个放大的p w m 波，再经过一个低通滤波器( l o wp a s sf i l t e r ) 滤波后，就可 得到一个放大了的输入信号。由于传统d 类放大器其输入为模拟音频信号， 对于数字音源，必须先通过一个数模转换( d a ) 电路，将数字音源转换为 模拟信号，因此其实质上并不是一种完全意义的数字功率放大器【l ”j 。 传统d 类放大器结构存在以下两个主要缺点：7 l 、输入信号必须为模拟音频信号，针对目前大多数采用数字存储格式的 音频信号( 如c d 、d v d 等) ，必须在其输入端外接数模( d a ) 转换器，从而增 加了复杂度，且会引入额外的失真。 2 、传统d 类放大器采用p w m 调制，其载波频率固定，将产生基波的 多次谐波辐射，存在严重的e m i ( e l e c t r i cm a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ) i 口 题，使得采 o o o o o o o o o o 耄|螂姚巷辩沸孽|m妻|掌 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 用传统d 类放大器的输出音质很差，这个问题自d 类放大器诞生以来曾一度 长期阻碍d 类放大器的发展。 d 类放大器的缺点主要是由于采用p w m 调制所带来的，以前很多工作 都集中于如何通过改进p w m 调制的控制方式来改善d 类放大器的音质，其 中常用的方法有：用具有高开关频率的辅助d 类放大器作为动态补偿源，产 生补偿电压以消除输出纹波，改善放大器的动态性能和整体效率，降低主电 路开关工作频率 1 9 - 2 0 】；通过新颖的反馈控制改善放大器的t h d 、效率和带竞 2 1 - 2 2 1 ；荦周控制技术【2 3 埘1 等等。其中又咀单周控制的控制效果最好僵是宅 们都有一个共同的缺点，要求输入必须为模拟音频信号。 由于目前在音频领域中越来越多地使用数字信源，如c d 的p c m 编码等 d 类放大器所面临的挑战就是直接将数字音频信号转换为p w m 信号。呈前 最流行的研究趋势是趋向于引入数字控制技术，主要有数字p w m 调帝l 和王 调制两类，其中调制是研究的热点。 调制器( z a m o d u l a t o r ) 也称为s i g m ad e l t am o d u l a t o r ，能直接将数 字音源( 如c d 中的p c m 编码) 直接转换为p w m 信号( 1 b i t 率) 。调制在d 类放大器中的应用，其主要特点在于它结合过采样、噪声整形和数字滤波， 采用可以降低调制误差的内部反馈，通过减小采样误差，调制器可以改善输 出失真，从而获得更好的音质。与传统d 类放大器相比较，它是一种真正意 义的数字音频放大器，且调制的线性度优于p w m ( 脉宽调制) ，此外还 改善了噪声和t h d + s n r 性能【2 6 。o 】。 1 2 论文的内容安排 本文主要阐述了调制的基本原理以及应用于d 类放大器中的些技 术要点，提出了设计调制的d 类放大器的设计准则。 本文的工作安排如下：首先介绍了目前音频放大器的国内外发展趋势并 指出本论文的研究意义；在第二章中比较了传统功率放大器和d 类放大器的 优缺点；第三章对传统p w m 调制的d 类放大器和采用调制的d 类放大 器进行了比较；第四章详细分析了调制的工作原理，提出了高阶稳定性 调制的设计准则：第五章对基于调制的d 类放大器进行了大量的仿 真论证并设计了一个稳定的三阶调制器。、 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第二章传统功率放大器 功率放大器通常按照其功率开关管的工作方式分为线性功率放大器和非 线性功率放大器两类。线性功率放大器即为传统的模拟放大器，常分为a 类、 b 类、a b 类三种，其主要特点是保真度( f i d e l i t y ) 高，但是效率很低。j e 线性 功率放大器又称为d 类放大器( 开关放大器) ，其功率开关管工作于开关状态， 具有很高的工作效率。下面将对这两类功率放大器进行分别介绍3 5 1 。 2 1 线性功率放大器 2 1 1 a 类放大器 在一个完整的信号周期中，a 类放大器的功率晶体管一直处于线性放大 状态，即导通角口= 1 8 0 。( 在一个信号周期内，导通角度的一半定义为导通角) 。 a 类放大器的偏置电流乇大于输入电流，q 点( 静态偏置点) 处于负载线的中 心。 图2 - 1a 类放大器的q 点 图2 - 2a 类放大器的原理图 输出负载的平均功率咒为： 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 p r ：三竖 2r ， 电源输入功率为： ( 2 1 ) 只= 2 v 。i o ( ：二j 工作效率m ) 为： q p x l o o = 1 4 。1 去恁 1 0 0 。s ， 由式( 2 - 3 ) 可见，当= ，且砟= 乇吼时，a 类放大器具有最大工作 效率，为2 5 。由于a 类放大器效率较低，在实际应用中，当输入信号功翠 大于1 w 时，一般不采用a 类放大器。a 类放大器的优点是线性度最导，戋 真最小。 2 1 ? b 类放大器 b 类放大器是一种互补式输出结构，两个晶体管不能同时工作，每个晶 体管工作半个周期，导通角0 = 9 0 。，其电路结构如图2 - 4 所示。 口。口毋囟 图2 - 3b 类放大器的q 点 一o ： 图2 - 4b 类放大器的原理图 设输出信号为圪s i n w t ，可得输出负载的平均功率最为 兑= 丢鼍 ， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 电源输入功率为： 牡( 去 ，2 5 ) - r 作效率( t 1 ) 为： 玎= p 只zx l 慨2 老x i o o ( 2 - 6 ) 由式( 2 6 ) 可见，当= 时，b 类放大器具有最大工作效率，为： 玎) = 三- 7 8 麟 。? ) 可见，b 类放大器的最大工作效率大于a 类放大器，其晶体管的静态瀛 置电流为0 。b 类放大器最大的缺点是存在较大的交越失真( 根本原医是当一 个晶体管截止而另一个晶体管导通时需要过渡时间) ，在放大正弦波信号时， 输出信号的交越失真如图( 2 5 ) f 示。 2 1 3a b 类放大器 图2 - 5b 类放大器的交越失真 a b 类放大器的工作模式介于a 类与b 类之间，其偏置电流远小于峰值 电流。晶体管工作时间大于半个周期但小于一个周期，即导通角 9 0 。 p 1 8 0 。大部分时间只有一个晶体管工作，在零交越点时，两个晶体 管都工作。a b 类放大器的最大优点是改善了b 类放大器的非线性，消除了 交越失真，a b 类放大器的电路结构如图2 - 7 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 三兰芝塑堑t 岔 毋 口 口廖 图2 - 6a b 类放大器的q 点 图2 7a b 类放大器的原理雪 如图2 7 所示，a b 类放大器通过两个偏置电压( ) 来避免交越失真。 由于这一优点，a b 类放大器在传统的音频放大器中得到了广泛应用。 当输入信号为零时，由于此时两个晶体管仍然处于导通状态，因此每一 个晶体管的功率损耗均大于b 类放大器，即a b 类放大器的最大工作效率小 于b 类放大器，但大于a 类放大器。 2 2 非线性功率放大器 非线性功率放大器通常称为d 类放大器，是一种具有极高工作效率的开 关功率放大器。其功率开关管工作于开关状态，在理想状态下，开关导通时 导通电阻为零，没有电压降，开关关断时电阻为无穷大，没有电流流过，因 此，d 类放大器的工作效率理论上可达到1 0 0 。但在实际应用中，由于受 器件限制( 如开关速度、漏电流、导通电阻不为零等) 和设计上的不完善，不 能实现1 0 0 的效率，但d 类放大器的实际效率通常可达9 0 以上。 大多数d 类放大器采用脉冲宽度调s t j ( p w m ) 来产生输出开关波形，另一 种常用方式是采用s i g m a d e l t a 调制来产生输出开关波形。 在采用p w m 模式的d 类放大器中，输入信号与一个参考三角波信号进 行比较( 三角波信号的频率远大于输入信号带宽) ，产生一个p w m 控制信号 来控制桥式功率电路中的晶体管，使其工作于开关状态，从而得到一个放大 万唰 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 了的p w m 波形，再通过一个低通滤波器，可得到一个放大的输入信号d 类放大器的基本结构如图2 8 所示。 传统d 类放大器的主要缺点是失真度比线性放大器大。 2 3 本章小结 载波售哥直蓖电耀 图2 8d 类放大器的基本结构 各种功率放大器的主要性能指标( 保真度、效率) 如表2 - 1 如示。 表2 - 1 各类放大器性能比较 放大器种类保真度最大效率 a极好 2 5 模拟a b好 ，式( 4 2 3 ) 可近似为： 兰等 3 睁：4 ， 进一步可得到一阶调制器的信噪比( s n r ) 为： s n r = l o l o 日二学l = 6 0 2 b + 1 - 7 6 5 1 7 + 3 0 1 0 9 ( o s r ) ( l - 2 5 ) 由式( 4 2 5 ) 可知，对于一阶调制器，每增加一倍o s r ，可增加9 ：b 约 s n r ，相当于提高1 5 b i t 的精度，与式( 4 6 ) 仅采用过采样技术的增加3 d b 樽 比，性能得到了提高。 4 4 二阶调制器 二阶调制器由两个一阶调制器串联组成，如图4 1 0 所示为二阶 z a 调制器结构图。 图4 1 0 二阶调制器结构 在z 域中分析，可知二阶调制器输出传递函数为： r ( z ) = z - 1 x ( z ) + ( 1 - z 。) 2 e ( z ) 其中信号传递函数为： s t f ( z 1 = ：一1 噪声传递函数为： n t f = ( 1 - z - 1 ) 2 ( 4 2 6 ) 似2 7 ) ( 4 2 8 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 同4 3 节的方法可求得： i 开( 州= 2 s i n ( - ) 】2 ( 4 - 2 9 ) 信号基带内的噪声功率为： 兰等陆了 可进一步求得输出s n r 为 厂d、 ， s n r = 1 0 1 0 d 等丝i - 6 0 2 b + 1 7 6 1 2 9 + 5 0 1 0 9 ( o s r ) ( 牟3 1 ) n o i s e 由式( 4 3 1 ) 可知，对于二阶调制器，每增加一倍o s r ，可增加1 5 d b 的s n r ，相当于提高2 5 b i t 的精度，与一阶调制器只增加9 d b 相比，噪 声整形效果更好。 为了加深理解，做出调制器阶数为1 、2 、3 阶的调制器的 呀的幅 频响应图，如图4 1 1 所示。 噪 声 篓 形 幅 度 嘀 厦 静 线 l = 3 ， 。 ，一 l = 1 三二一一一 l = ；蔷 f - 簸率( f ) 僻 图4 - 1 1阶数为1 、2 、3 阶的e x 调制器噪声整形效果图 由图4 1 l 可徭知，在信号基频内，一阶调制器结构的量化噪声最大， 由于二阶调制器的n t f 为一阶的二次方，故二阶调制器在信号基频 中的量化噪声呈二次方的衰减，所以二阶调制器量化噪声比一阶调制 器小，三阶调制器的量化噪声最小。 通过以上分析，可得出如下结论：调制器的阶数越高，则对信号 基频内的量化噪声的抑制效果就越好，输出信噪比( s n r ) 越高。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 5 页 似乎只需简单的将调制器的阶数提高，就可以得到满意的效果，但事实 上并非如此。事实上，三阶及三阶以上的高阶调制器会存在稳定性问题， 其根本原因在于以上分析都是建立在将量化噪声e ( n ) 当做是一个与输入信号 疗) 不相关的随机白噪声。但这样的假设并不严格成立，我们将在4 6 节对 此做详细的分析，下面继续分析高阶调制器。 4 5 高阶调制器 如图4 1 2 为一个阶调制器的示意图。 图4 - 1 2n 阶调制器 如同4 3 节的方法，我们可得到： 兰鲁熹2 “1 睁s 2 ， 其最大信噪比为： 。 r f r t m 、 s n r = 6 0 2 b + 1 7 6 1 0 1 0 8 ：| 萧j + 1 0 ( 2 n + 1 ) l o g ( o s r ) ( d b ) ( 4 - 3 3 ) 其中为调制器阶数，每增加一倍o s r 可增加( 6 n + 3 ) d b ，即( + o 5 ) b i t 精度，显然通过增加调制器阶数和提高过采样比系数都可改善s n r 。 式( 4 3 3 ) 仅适用于理想情况，实际上s n r 的提高受到诸多因素制约。首 先，过采样率的增加受到恢复时间的限制；其次，阶数的提高受到稳定性的 限制。尽管如此，获取接近理想值的s n r 仍是众多研究者追求的目标，当采 样频率过高时，信号频带内会引入较多的其它非量化噪声( 如热噪声) ，必须 考虑各种因素才能选取合适的过采样比。提高调制器阶数可明显提高s n r ， 但由于反馈环中存在高度非线性元件( 量化器) ，当系统阶数大于2 时，使 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 6 页 用l b i t 量化器时调制器工作可能不稳定，因此一般使用的调制器基本上都是 一阶或二阶调制器。为获得具有高阶噪声整形性能且稳定的调制器，人们提 出了各种较为复杂的高阶调制器，如采用置稳技术的量化器为l b i t 的高阶调 制器，量化器为多比特的高阶调制器，以及由稳定的低阶调制器( 典型为一 阶、二阶) 级联而成的高阶调制器。对于实现高阶调制，通常有二种方 法- - i n t e r p o l a t i v e 结构及m a s h 结构。 4 5 1i n t e r p o l a t i v e 结构 嘲 图4 - 1 3i n t e r p o l a t i v e 结构的调制器 i n t e r p o l a t i v e 结构是一个典型的单一级高阶调制器结构，它能更有效 的将量化噪声移除在信号基频外，其精度可达1 6 b i t 口5 1 。 但是这种结构存在稳定性问题，需注意z 域中所有极点都必须位于单位 圆内，尤其是在较大的输入信号时，更易出现不稳定。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 4 5 2m a s h 结构 图4 1 4m a s h 结构的调制器 m a s h 结构也称为串叠( c a s c a d e d ) 结构，它是由低阶调制器串叠成高 阶的形式，m a s h 结构的最大的特点是不存在稳定性问题。因为它是由稳定 的低阶调制器所组成，量化噪声不会被各级积分器逐步放大，故稳定度佳， 且又具有高阶调制器的特点，具有很好的噪声整形效果。m a s h 结构的主要 缺点是由于通常具有多个量化器，需要良好的元件匹配【5 7 1 。 m a s h 结构的原理是将前级调制器的量化噪声送至后级调制器的输入 端，做为其输入信号，再把各级的输出信号进行求和操作，从而可以消去各 级的量化误差，达到噪声整形的目的。 图4 - 1 4 给出了一个三阶m a s h 结构的调制器结构框图，可以看出， 此三阶m a s h 调制器是由三个一阶的单环一位量化器级联而成。 第一级调制器的输出z 留为： ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 j 】；( z ) = x ( z ) + ( 1 - z 。) 2 e l ( z ) 第二级调制器的输出y a z ) 为： x ( z ) = 巨( z ) + ( 1 一一) 2 互国 第三级调制器的输出e ( z ) 为： e ( z ) = 一易( z ) + ( 1 一z 。) 2 局( z ) ( 4 3 4 ) ( 4 - 3 5 ) ( 4 3 6 ) 第二级调制器的输出r a z ) 经一次微分后，与第三级调制器输出 e ( z ) 经二次微分后相加，其和再与e ( z ) 相加，可德整个m a s h 结构的输出 函数y ( z ) 为： y ( z ) = 】j ；( z ) + ( 1 一z - 1 ) k ( z ) + ( 1 一z i ) 2 h ( z ) 一 = x ( ：) + ( 1 一：1 ) 3 e 3 0 ) ( 4 3 7 ) 由式( 4 - 3 7 ) 可知，第一级和第二级的量化噪声分别被第二级和第三级抵 消了，仅剩第三级的量化噪声，其噪声传递函数为( 1 - z - 1 ) 3 ，实现了三阶v a 调制。由于该系统各个环路均是一阶调制器，各级的输入信号均不超过 ，因此整个系统是稳定的。采用m a s h 结构的调制器的优点是在不 存在稳定性问题的情况下获得高阶噪声整形特性，缺点是对元件匹配度要求 高。另外它的输出码的合成结果是4 b i t ，并非l b i t 数据流，将采用m a s h 结 构的调制器用于音频放大器时，需将多b i t 转化为l b i t ，增加了复杂度。 m a s h 结构通常都是用低阶的单环调制器级联而成，除了图4 1 4 所 示的三个一阶调制器级联外，还可以是一阶和二阶调制器级联，结构如图4 1 5 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 图4 - 1 5m a s h 的另一种形式 4 5 3 多比特调制器 图4 1 6 多比特调制器 图4 1 6 所示为多比特的y , a 调制器结构图，它的结构与一阶的调制 器相似，只是将l b i t 量化器改为b i t 的量化器。多比特e a 调制器与单比特 调制器相比，具有以下两个主要优点p 卅： l 、量化级数增加，使得量化精度提高，量化噪声能量就被减少了，从而 可以大大提高s n r 。由经典采样量化理论可知：数字数据每提高l b i t ，s n r 就 能提高6 d b 。因此可以在较低的采样率下，用