Simulink建模：带通Σ-Δ调制器的非理想模拟延时器设计

带通Sigma-Delta调制器是一种常见的数字信号处理技术，它广泛应用于音频和通信系统中，用于实现高精度的模拟信号数字化。在这个领域，Simulink作为一种强大的行为级仿真工具，经常被用来设计和验证系统的性能。SD Toolbox是Simulink中专门针对Sigma-Delta调制器的工具箱，然而，它的局限性在于缺乏对单个延时单元或无延时单元谐振器的模型，这对于准确模拟某些特定应用至关重要。 本文主要关注于带通Sigma-Delta调制器的模拟延时器部分，特别是针对开关电容单位延时器的非理想特性，如时钟抖动、热噪声以及运放参数的分析。作者指出，由于SD Toolbox的局限性，不能满足所有情况下的模拟需求，因此，他们决定对这些非理想因素进行详细研究，并利用Matlab构建了定制的模拟单位延时器模型。这个模型考虑了如开关电容的时钟抖动，通过高斯随机过程模拟；以及运放的热噪声，这是由开关电容电路中的采样开关和运放固有的噪声产生的，其影响主要取决于输入级的采样电容和运放性能。 为了构建这种模型，文章首先深入分析了这些非理想因素，并提供了相应的Simulink模拟模型。时钟抖动被建模为具有特定抖动时间δ的高斯随机过程，而热噪声则通过模拟采样电路中的噪声特性来体现。通过这些模型，作者能够构建出一个能有效补充SD Toolbox不足的单位延时器模型，用于行为级仿真。 在实际应用中，作者将这个模拟单位延时器模块与DD（Difference-Differential）结构的带通Sigma-Delta调制器结合，进行了行为级仿真。仿真结果显示，所构建的模型能够提供与电路实现相接近的结果，证明了该模型的有效性和准确性。 总结来说，本文的核心内容是开发了一种针对带通Sigma-Delta调制器中关键延时单元的精确行为级模拟方法，弥补了现有工具箱的不足，为设计和优化这类系统的性能提供了重要的手段。通过细致的非理想因素分析和模拟，该工作有助于提高系统的信号处理能力和稳定性。