数字sigma-delta仿真求助

scpuke

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   谢谢您的回复，您的意思是我SDM的高频噪声用矩形窗的话会泄露到低频，如果把那高频噪 ...
电子新手是也 发表于 2018-8-21 15:48

                               
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1) 看你的仿真设置是理想单音+采样+SDM，然后想对SDM输出做频谱分析。建议SDM之后加个理想滤波器，只是能直观辨别SDM是否“正常”工作，如果理想滤波器输出不能复现输入单音，说明SDM肯定是错的；如果能复现输入单音，也不能得出SDM正确的结论，还得看噪声整形是否符合预期。并不是要用理想滤波器滤掉高频噪声去做频谱分析。


2）时域数据截断操作，即对一段数据来做频谱分析，数学上等价于无限长的时域信号乘以一个矩形信号，时域两信号相乘在频域就是两个信号频谱的卷积。再来看矩形信号的频谱，有主瓣和无穷多的旁瓣，卷积时会把原来的时域信号频谱泄露到所有旁瓣上。只有一个情况例外，那就是待分析的时域信号是周期性的（即傅里叶变换的频谱是离散的），而且刚好矩形窗的宽度内含有整数个时域信号周期（即待分析信号的谱线间隔刚好位于矩形窗频谱的过零点上），这个情况下二者频谱卷积不会出现泄露。。。从这个角度看，使用矩形窗要避免频谱泄露的条件是非常严格的：既要待分析信号是周期的，也要矩形窗的宽度刚好包含整数个待分析信号周期。Delta-sigma调制器出来的信号不可能是周期的，加矩形窗自然是有频谱泄露。实际上对于非周期信号，无论加什么窗函数都不能完全消除频谱泄露，只是矩形窗的主瓣衰减慢旁瓣抑制低，在卷积的作用下频谱泄露更严重。各种类型的窗函数，区别就在于主瓣衰减快慢和旁瓣抑制高低上（这两个指标是互相冲突的，只能得其一），最简单的技巧就是选个普通的hann窗，然后尽量加大数据长度。加大数据长度有效是因为主瓣更窄旁瓣也会很快衰减下去。频谱泄露来自于数据截断，让数据更长和选取合适的窗函数可以减轻频谱泄露。


3）用SDM的时钟把数据写入文件，然后matlab分析频谱（建议用pwelch函数，看看帮助可以设置窗类型的），数据长度尽量长点。


4）不建议在spectre仿出连续波形之后，用calculator中的dft去分析连续信号的频谱——dft的采样率设置不当，又会引入频谱混叠的麻烦。SDM之前就已经有个采样操作了，按这个时钟保存数据，只要输入单音频率小于0.5倍采样时钟，就不会有频谱混叠。


5）输入单音的频率可以是任意的小于0.5倍采样时钟的频率。二者之间并不需要满足”整数倍“之类的关系。

电子新手是也

回复 11# scpuke


   谢谢您的耐心解答，大概明白了，只是还有一点不太懂，为什么delta sigma调制器的输出不是周期性的呢？这个应该如何理解？

scpuke

回复 12# 电子新手是也

    SDM输出可以看成是：有用信号 + 整形过的量化噪声。 你的仿真中，有用信号部分是周期的，但是噪声部分是非周期的，噪声部分能量占比还比较高，SDM输出bit越少噪声越高。“噪声部分是非周期的”，这是SDM设计过程中要达到的目标之一。如果噪声部分有周期性，频谱上体现出来就是spur，是需要避免的。手段比如加dither或用更高阶的SDM。
    SDM是把高精度输入信号用更低的bit数来表示，减小的比特数会引入额外的量化噪声，但是合理的SDM设计能保证增加的量化噪声全部位于信号带宽之外，唯一的代价就是需要更高的时钟，即用时钟换比特。单看信号带宽之内的信噪比仍然很高，如果把带外噪声也拿进来看信噪比就很低了。
    SDM输出频谱容易被频谱泄露污染，就是因为其频谱具有“带内信噪比很高（带内噪底很低），带外噪声很高”的特点。
1）有用信号的谱线会向旁边泄露，会抬高带内噪底，当然这一点可以通过设置有用信号频率为采样频率的1/N来规避。
2）带外很高的噪声也会向带内泄露，从而抬高带内噪底，这一点只能通过加窗和增加数据长度来减轻到可接收的程度。
（能处理好第2点，第1点就不是问题了，甚至不用满足N倍频率关系也可以，只是要注意不同的窗函数主瓣宽度是不一样的，会看到有用信号左右几根谱线都会比较高，这些谱线都应该算作是信号，是加窗引入的是可控的。）

scpuke

回复 12# 电子新手是也

回了一遍貌似提交失败，再写一遍。
SDM输出可以看作：有用信号+整形的量化噪声。有用信号是周期的，噪声是非周期的，不幸的是噪声的能量占比还很高，输出量化比特越少噪声越高。SDM设计过程中确保“噪声部分非周期”是目标之一，因为周期性噪声意味着频谱上的spur，不仅可能会损害到带内信噪比，当SDM应用到pll这样的场合时spur更是不能接受。手段就是加dither和使用更高阶的SDM。

SDM是用更高的采用率换取更少的量化比特，还能保持带内信噪比很高。其频谱特点就是“带内信噪比很高（带内噪底很低），带外噪声很大”。在做频谱分析时，这个特点对频谱泄露非常敏感：
1）信号的谱线会向周围谱线泄露，导致带内噪底抬高。这点可以通过设置信号频率为采样频率1/N来规避。
2）带外很高噪声也会向带内泄露，导致带内噪底抬高。这点只能通过加窗和增加数据长度来控制到可接收的程度。
（如果搞定了第2点，第1点就不会有问题，即使信号频率和采样率不满足整数倍关系，仍然能控制住频谱泄露。只是需要注意不同的窗函数主瓣宽度不一样，会看到信号谱线相邻的几根谱线都很高，这些谱线都需要算作是信号，这是由加窗引入的是可控的）

doctorjyb

xuexile

tancong

楼主，你的sigma delta最后如何，我最近也在做，希望能给点经验，万分感谢

电子新手是也

tancong 发表于 2019-5-9 17:40
楼主，你的sigma delta最后如何，我最近也在做，希望能给点经验，万分感谢

请问你有遇到什么难题么？我目前也只是很粗浅的理解，如果有问题可以一起讨论讨论

干饭王

大佬有数字sd adc的参考资料吗

解大宝

scpuke 发表于 2018-8-26 15:43
回复 12# 电子新手是也

    SDM输出可以看成是：有用信号 + 整形过的量化噪声。 你的仿真中，有用信号部 ...

SDM窗函数知识，多谢解答，学习了~