Die Geräuschformung ist eine Schlüsseltechnik, die bei Delta-Sigma-Konvertern zur Verbesserung ihrer Auflösung verwendet wird, indem Quantisierungsrauschen aus dem interessierenden Bereich herausgedrückt wird.

Grundlagen der Lärmformung

Bei Delta-Sigma-Wandlern wird bei der Rauschformung die spektrale Verteilung des Quantisierungsrauschens durch Rückkopplungsschleifen und Filter gesteuert, wobei das Ziel darin besteht, das In-Band-Rauschen zu minimieren und das Out-of-Band-Rauschen zu erhöhen, das später herausgefiltert werden kann.

Konstruktionsberechnungen für die Lärmformung

Die Wirksamkeit der Geräuschformung hängt von der Reihenfolge der Geräuschübertragungsfunktion (NTF) ab; NTF höherer Ordnung bieten aggressivere Geräuschformung, können aber Stabilitätsprobleme mit sich bringen; die grundlegende Berechnung umfasst die Auswahl der NTF-Reihenfolge und die Berechnung der Schleifenfilterparameter.

Für einen NTF der Ordnung n folgt die Rauschübertragungsfunktion typischerweise einer Polynomform. Die Rauschleistung im In-Band-Bereich kann mit der Formel EPMATHMARKEREP abgeschätzt werden.

S in = (Δ2 / 12) * (π / fs)^{2n}

Praktische Einblicke

Die Anwendung der Geräuschformung erfordert ein Gleichgewicht zwischen Geräuschunterdrückung und Stabilität. Konstrukteure simulieren häufig die Reaktion der NTF, um das gewünschte Geräuschprofil zu gewährleisten, ohne Instabilität zu riskieren.

Zu den praktischen Techniken gehören die Verwendung digitaler Filter zur weiteren Reduzierung des In-Band-Rauschens und die Optimierung des Loop-Filterdesigns für spezifische Anwendungsanforderungen.

  • Wählen Sie die entsprechende NTF-Order basierend auf Stabilitätsüberlegungen.
  • Berechnen Sie die Parameter des Schleifenfilters sorgfältig, um das gewünschte Geräuschformungsprofil zu erreichen.
  • Simulieren Sie die Rauschübertragungsfunktion vor der Hardwareimplementierung.
  • Berücksichtigen Sie Nicht-Idealitäten in realen Komponenten.
  • Verwenden Sie digitale Filterung, um die Rauschleistung nach der Umwandlung zu verfeinern.