CN201197145Y - 一种音频增量总和dac中单调制器立体声调制的结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公告了一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，包括数字部分和模拟部分，模拟部分包括两个低通滤波器，其特征在于，数字部分包括两个预插值滤波器，一个插值滤波器和一个增量总和调制器，立体声音频信号通过左、右两声道被分别送至两个预插值滤波器中进行第一次插值，插值完成后输出数据至插值滤波器进行第二次插值，且在该插值滤波器中左、右两声道音频数据采用相隔原则进行混合，混合后的音频数据输入至增量总和调制器进行调制，然后在时钟控制下分别输出左右两声道数据。可以在不改变整个增量总和调制器时钟系统的情况下实现只使用单一增量总和调制器来调制立体声音频信号，从而节约了芯片的面积，降低了芯片成本。

Description

一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构
技术领域
本实用新型涉及一种数模转换器中调制器立体声调制的结构，特别涉及多媒体片上系统(SoC)中的音频增量总和(∑-Δ)数模转换器中立体声调制的结构。
背景技术
随着多媒体应用需求的急剧增加，人们对音、视频的质量提出了更高的要求。在数字音频领域，高品质的音频回放需要使用高精度的数字模拟转换器件。然而，在目前集成电路工艺的限制下，高精度的数字模拟转换电路由于内部器件匹配、温度、噪声等非理想因素的存在，造成整体模拟电路设计难度很大，而且在面积上也相对较大。
因而人们想到了在这种高精度的数字模拟转换器中引入数字滤波等数字电路替代模拟电路做高精度的信号处理工作，只将低精度的信号处理交由模拟电路完成。使用增量总和调制技术的数模转换器就是基于这种将大部分的转换工作从模拟域转换到数字域中进行来实现的，引入数字信号处理的方法主要好处是由于数字集成电路只处理0和1两种数据，容差较大，受器件本身特性影响相对较小，并且随着集成电路工艺进步线宽不断变窄，电路所占的芯片面积也不断变小。
对于常用的增量总和数模转换器通常采用两个独立的调制器对立体声音频信号中的左、右声道进行独立的调制处理。对于每一独立的音频数据输入通道输入的是一组以奈奎斯特速率采样的多比特数字信号，该信号首先在数字域经过数字电路进行插值滤波和增量总和调制等高精度的转换工作，然后输出经转换处理的低精度数据到模拟电路中进行简单低精度的转换，即可实现高质量的数字音频信号到模拟音频信号间的转换。
图1是在现有技术中实现增量总和转换器的结构框图，如图所示，为了达到对立体声数字音频信号的处理，在进行数字信号处理的数字电路部分，对于每一单独的音频通道使用了单独的插值滤波器(100/105)和调制器(110)。该方法的优点是控制直观简单，但其明显不足就是没有充分利用数字电路的灵活性导致芯片面积相对较大，增加了芯片成本，这对于芯片面积较为敏感的消费类芯片带来相当不利的影响。
发明内容
本实用新型针对现有技术中芯片面积较大且数字电路灵活性未充分利用的问题，提出一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，包括数字部分和模拟部分，模拟部分包括两个低通滤波器，其特征在于，数字部分包括两个预插值滤波器，一个插值滤波器和一个增量总和调制器，立体声音频信号通过左、右两声道被分别送至两个预插值滤波器中进行第一次插值，插值完成后输出数据至插值滤波器进行第二次插值，且在该插值滤波器中左、右两声道音频数据采用相隔原则进行混合，混合后的音频数据输入至增量总和调制器进行调制，然后在时钟控制下分别输出左右两声道数据。
所述增量总和调制器中包括若干相同结构的积分器，所述每个积分器包括一个加法器和两个延时寄存器，输入信号依次经过加法器、第一延时寄存器和第二延时寄存器得到输出信号，将所述输出信号同时作为累加基数反馈至加法器。
所述积分器的延时周期为两个单位延时周期。
所述增量总和调制器与插值滤波器共用一个时钟。
所述预插值滤波器可采用任意结构的有限脉冲响应滤波器。
所述插值滤波器采用一阶插零梳状滤波器。
本实用新型的有益效果在于，可以在不改变整个增量总和调制器时钟系统的情况下实现只使用单一增量总和调制器来调制立体声音频信号，从而节约了芯片的面积，降低了芯片成本。
附图说明
图1是现有技术中典型的立体声音频增量总和数字模拟转换器结构框图；
图2是本实用新型所述立体声音频增量总和数字模拟转换器结构框图；
图3是现有技术中典型的增量总和调制器内部结构示意图；
图4是本实用新型所述的增量总和调制器内部结构示意图；
图5是本实用新型所述增量总和调制器中积分器的结构示意图；
图6通过微控制器直接控制增量总和数模转换器的应用结构示意图；
图7通过微控制器和硬件解码控制增量总和数模转换器的应用结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型具体实施方式做详细描述。
通过微控制器(MCU)直接控制增量总和数模转换器的应用结构，如图6所示，包括存储器605、微控制器600和本实用新型所述增量总和数模转换器610，根据应用需要数字音频信号通过微控制器600从存储器605中直接读取，读取的数字立体声音频信号经过缓冲送到增量总和数模转换器610。
或者如图7所示，是通过微控制器和硬件解码控制增量总和数模转换器的应用结构，包括存储器605、微控制器600、解码模块700和本实用新型所述增量总和数模转换器610，根据应用需要数字音频信号通过微控制器600和硬件解码模块700解码输出，输出的数字立体声音频信号经过缓冲送到增量总和数模转换器610。
图2是本实用新型所述立体声音频增量总和数字模拟转换器结构框图，如图所示，所述增量总和数字模拟转换器610结构包括：数字部分和模拟部分，数字部分包括两个用于提高输入数据采样率的预插值滤波器200a、200b，一个用于左右声道数据混合的插值滤波器205，以及一个能实现立体声调制的增量总和调制器210；模拟部分包括两个模拟的低通滤波器电路模块215a、215b。
图4是本实用新型所述的增量总和调制器210内部结构示意图，所述调制器210使用了单环路结构，包含了五个积分器Z-2，六个前馈网络(b1～b6)，五个反馈网络(-a1～-a5)、两个零点调整网络(-g1～-g2)、一个量化器以及多个加法器，其中前馈网络、反馈网络和零点调整网络分别通过前馈网络系数b、反馈网络系数a和零点调整网络系数g来调整以保持调制器210的稳定性和噪声的抑制能力，具体数值可根据实际应用调整和优化。调制器210阶数由积分器的个数决定。
图3是现有技术中典型的增量总和调制器内部结构示意图，本实用新型所述的增量总和调制器210相对于现有技术中的调制器的不同在于使用的积分器结构不同，本实用新型所使用的积分器如图5所示，由加法器和单位延时寄存器所组成，所述积分器的积分延时从一个周期增加到两个周期，目的是使其能够同时存储左、右声道的数据，工作时只需使用两倍于传统调制器的时钟频率配合相应的控制逻辑进行处理即可满足实时的立体声音频信号调制工作，这样调制器210就能在时钟控制下在第一时钟周期处理左声道音频数据，下一时钟周期处理右声道音频数据，从而能达到只使用单一调制器实现立体声音频信号的调制。由于在调制器210之前的插值滤波器为了达到良好的抗镜像效果，滤波器阶数都很高，因而要求时钟频率比较高。所以调制器210所用的时钟可与插值滤波器中所用的时钟共用，所述调制器210的结构可以在不增加时钟系统的复杂度的情况下实现单调制器对立体声音频信号的调制。
本实用新型所述结构的工作原理如下，
本实施例以一位量化器、过采样率为128的增量总和数模转换器为例，说明数字立体声音频信号进入增量总和数模转换器后的工作过程，对于128倍的过采样率，本实施例中选用了8倍和16倍分步插值的方法来进行。
首先，系统通过软件或者如图6、图7所述硬件结构将立体声数字音频信号传送到增量总和数模转换器610接口；
接着，进入到增量总和数模转换器610的立体声音频信号分左、右两声道分别被送入内部的第一预插值滤波器200a和第二预插值滤波器200b内进行第一级插值滤波，所述第一预插值滤波器200a、第二预插值滤波器200b将数据的采样率提升到原输入音频数据的采样率的8倍，并且去除插值过程中所产生的高频镜像。
经过8倍预插值滤波后的立体声音频信号被送到第二级的16倍插值滤波器，即插值滤波器205中进行数据采样保持和混合，左、右声道音频数据采用相隔原则进行混合，从而配合增量总和调制器610的工作。
音频数据经过预插值和数据插值混合后，输入的原始音频数据被提升到原采样率的128倍，所述音频数据流将被送到增量总和调制器210中进行调制，所述调制过程包括如下步骤：
步骤1、在默认情况下增量总和调制器210将输入的第一个数据认为是左声道数据，增量总和调制器210对所述左声道数据进行调制并存储于内部第一延时寄存器中做延时；
步骤2、当第二个数据输入时，增量总和调制器210首先将上一输入数据移动到第二延时寄存器，并将当前输入数据存储到第一延时寄存器中，并同时对所述第二个输入数据进行调制；
步骤3、后续输入到增量总和调制器210的数据将重复步骤2所述的过程，在第一个时钟周期处理第一个输入数据，第二个时钟周期处理第二个输入数据，从而实现单调制器对立体声音频信号的调制，并在时钟控制下最终分离输出独立的两个声道的调制数据。
最后，经过增量总和调制器210调制输出的左、右声道数据经过模拟滤波电路恢复后变成模拟音频信号，用于直接驱动扬声器。
其中预插值滤波器可采用任意结构的有限脉冲响应滤波器，插值滤波器采用一阶插零梳状滤波器。
本实用新型可以在不改变整个增量总和调制器时钟系统的情况下实现只使用单一增量总和调制器来调制立体声音频信号，从而节约了芯片的面积。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，包括数字部分和模拟部分，模拟部分包括两个低通滤波器，其特征在于，数字部分包括两个预插值滤波器，一个插值滤波器和一个增量总和调制器，立体声音频信号通过左、右两声道被分别送至两个预插值滤波器中进行第一次插值，插值完成后输出数据至插值滤波器进行第二次插值，且在该插值滤波器中左、右两声道音频数据采用相隔原则进行混合，混合后的音频数据输入至增量总和调制器进行调制，然后在时钟控制下分别输出左右两声道数据。
2.如权利要求1所述一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，其特征在于，所述增量总和调制器中包括若干相同结构的积分器，所述每个积分器包括一个加法器和两个延时寄存器，输入信号依次经过加法器、第一延时寄存器和第二延时寄存器得到输出信号，将所述输出信号同时作为累加基数反馈至加法器。
3.如权利要求1所述一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，其特征在于，所述积分器的延时周期为两个单位延时周期。
4.如权利要求1所述一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，其特征在于，所述增量总和调制器与插值滤波器共用一个时钟。
5.如权利要求1所述一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，其特征在于，所述预插值滤波器可采用任意结构的有限脉冲响应滤波器。
6.如权利要求1所述一种音频增量总和DAC中单调制器立体声调制的结构，其特征在于，所述插值滤波器采用一阶插零梳状滤波器。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101820287B (zh) * 2009-07-24 2012-11-21 北京工业大学 一种应用于双声道音频δ-∑数模转换器的插值滤波器
CN110212925A (zh) * 2019-03-26 2019-09-06 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种无线通信全数字射频发射装置

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