数字音频功放处理芯片设计与实现

文章摘要：2．1．2 CIC滤波器经过2个半带滤波器之后，使音频信号经过一个CIC滤波器来实现32倍的过采样。内插 滤波器(CIC)由H0genauer提出，在硬件实现时不需要乘法器，也不需要存储滤波器系数，只利用加法和寄存器就可实现。它主要应用于高的采样频率下，可大大减少资源利用率。 CIC滤波器是由工作于高采样频率下的积分部分和工作于低采样频率下的梳状部分组成。CIC滤波器的积分部分是由N级数字积分单元构成，工作在高频fs下，单级积分器的传递函数梳状部分工作在低采样频率fs/R下，这里R是整数倍的频率变换因子，单级梳状滤波器的传递函数以fs为参照，整个滤波器的传递函数2．2噪声整形技术单纯的采用过采

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2．1．2 CIC滤波器

　　经过2个半带滤波器之后，使音频信号经过一个CIC滤波器来实现32倍的过采样。内插 滤波器(CIC)由H0genauer提出，在硬件实现时不需要乘法器，也不需要存储滤波器系数，只利用加法和寄存器就可实现。它主要应用于高的采样频率下，可大大减少资源利用率。

　　CIC滤波器是由工作于高采样频率下的积分部分和工作于低采样频率下的梳状部分组成。CIC滤波器的积分部分是由N级数字积分单元构成，工作在高频fs下，单级积分器的传递函数

　　梳状部分工作在低采样频率fs/R下，这里R是整数倍的频率变换因子，单级梳状滤波器的传递函数

　　以fs为参照，整个滤波器的传递函数

　　2．2噪声整形技术

　　单纯的采用过采样技术，为保持相同的信噪比，如果过采样系数过高，硬件上难以实现，所以采用过采样和噪声整形二者结合，噪声整形技术降低了有效频带内的噪声，以降低表示每个样值所需要的字长。

　　这里笔者采用∑一△调制技术。∑一△调制技术是在增量调制的基础上发展起来的。增量调制就是将前后采样点的差值进行量化编码，这样也可代表连续信号包含的信息。它与PCM编码的本质区别是：它只有一位编码，但这一位码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样时刻波形的变化趋向。∑一△调制是在增量调制的基础上，对输入信号先进行积分，使信号高频分量幅度下降，然后再进行增量调制，它可更适应高频端丰富的信号源要求。传统的PCM编码将信号分成多个幅度级，而∑一△变换是将信号按时间分割，保持幅度恒定。

　　图2是笔者在设计中所采用的二阶∑一△调制框图。

     由图2可得到

　　
　　原始信号X(z)通过噪声整形电路后完整地包含于l，(z)中，而量化噪声在通过一个函数H2(z)作用后加入到输出Y(z)中，使噪声分布斜率更加陡峭，低频区量化噪声得到进一步降低。噪声能量分布图如图3所示。

　　可见，减小了带内噪声，增加了带外噪声，通过后续的模拟滤波器可非常方便地滤除掉带外噪声。

　　基于以上分析，笔者提出的系统实现框图如图4斤示。该设计具有I2S音频接口和I2C控制数据接口。通过I2S进入的PCM音频数据存入数据寄存器，从 I2C进入的控制信号进入参数寄存器组，通过插值滤波模块对音频信号进行控制。信号通过噪声整形和数字脉宽调制之后输出PWM信号驱动功放工作。

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