基于System Generator的音頻數模轉換器制造技術

本發明專利技術涉及一種基于System?Generator的音頻數模轉換器。包括System?Generator模塊、4個Gateway_Out模塊、scope模塊、數字音頻信號模塊、16倍插值濾波器、4階ΔΣ調制器、數字脈沖寬度調制器，所述System?Generator模塊用于給定整個系統控制和仿真的參數，并用于工程文件的配置與生成。本發明專利技術利用Xilinx?System?Generator工具，通過圖像化界面能夠快速搭建系統模型，并通過仿真驗證系統的性能；將開發人員從底層枯燥的代碼編寫中解脫出來，加快數字系統開發流程。

Audio-to-digital converter based on System Generator

【技術實現步驟摘要】
基于SystemGenerator的音頻數模轉換器
本專利技術涉及一種基于SystemGenerator的音頻數模轉換器。
技術介紹
近年來，互聯網+、大數據和人工智能(AI)爆發式的研究熱潮帶來了相關產業鏈的共同發展。智能家居音頻、無線耳機等便攜式音頻產品已成為日常生活的必備品。音頻功率放大器是音頻產品的重要組成部分，它的性能直接影響音頻產品的用戶體驗。一個多世紀以來，無數科學家和研究學者致力于追求高保真、高功率、高效率和小體積的音頻放大器。目前，D類音頻放大器因其具備高效率的特點被廣泛應用于便攜式產品中。傳統的D類音頻放大器處理的音頻信號均為模擬音頻信號，但是隨著數字化存儲技術的快速發展，導致目前絕大多數的音頻信號為數字音源。因此，研究學者們致力于研究能夠直接兼容數字音源的高保真、高效率的D類數字音頻放大器。D類數字音頻放大器一般由音頻數模轉換器和模擬重構級組成。音頻數模轉換器將輸入的數字音頻信號轉換成PWM信號，然后由模擬重構級還原音頻信號并進行功率放大，從而驅動喇叭或者揚聲器。一般來說，音頻數模轉換器可以通過全數字方式實現，但是直接通過硬件描述語言(HDL)對音頻數模轉換器進行描述的方法較為繁瑣，工程量巨大，存在一定的困難與挑戰。另外，SystemGenerator是Xilinx公司基于MATLABSimulink仿真環境開發的一個用于數字信號處理(DSP)的設計工具。通過將Xilinx公司開發的一些設計模塊，包括加法器、乘法器、濾波器等，集成到Simulink的仿真庫中，使得設計者可以在Simulink開發環境中通過圖形化界面調用這些模塊來完成定點的系統建模與仿真，在完成驗證之后，可以直接生成Verilog或VHDL的工程文件，該工程文件可以直接在ISE或Vivado等數字電路開發環境中進行RTL行為級仿真或者綜合后仿真，從而完成算法的硬件化，也可以直接生成比特流文件，可下載到FPGA板上，從而加快DSP系統的開發速度。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于SystemGenerator的音頻數模轉換器，在實現高性能數字數字電路設計的同時，能夠有效加快DSP系統的開發速度。為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：一種基于SystemGenerator的音頻數模轉換器，包括SystemGenerator模塊、4個Gateway_Out模塊、scope模塊、數字音頻信號模塊、16倍插值濾波器、4階ΔΣ調制器、數字脈沖寬度調制器，所述16倍插值濾波器的輸入端連接數字音頻信號模塊的輸出端，16倍插值濾波器模塊的輸出端與4階ΔΣ調制器模塊的輸入端連接，4階ΔΣ調制器模塊的輸出端與數字脈沖寬度調制器的輸入端連接，數字脈沖寬度調制器的輸出端與第四Gateway_Out模塊的輸入端連接，第一Gateway_Out模塊的輸入端與16倍插值濾波器模塊的輸入端連接，第二Gateway_Out模塊的輸入端與4階ΔΣ調制器模塊的輸入端連接，第三Gateway_Out模塊的輸入端與數字脈沖寬度調制器的輸入端連接，第一至第四Gateway_Out模塊的輸出端分別與scope模塊連接，所述SystemGenerator模塊用于給定整個系統控制和仿真的參數，并用于工程文件的配置與生成。在本專利技術一實施例中，所述數字音頻信號模塊包括Counter模塊、ROM模塊和輸出端子，ROM模塊的輸入端與Counter模塊連接，ROM模塊的輸出端與輸出端子相連接；數字音頻信號模塊將一個周期內數字音頻信號存儲在ROM模塊，通過采取正弦查表的方式讀取數字音頻信號，Counter模塊提供讀取時的控制信號。在本專利技術一實施例中，所述16倍插值濾波器包括輸入端子、輸出端子、4個FDATool模塊以及4個DigitalFIRFilter模塊；第一DigitalFIRFilter模塊的輸入端與輸入端子連接，第一DigitalFIRFilter模塊的輸出端與第二DigitalFIRFilter模塊的輸入端連接，第二DigitalFIRFilter模塊的輸出端與第三DigitalFIRFilter模塊的輸入端連接，第三DigitalFIRFilter模塊的輸出端與第四DigitalFIRFilter模塊的輸入端連接，第四DigitalFIRFilter模塊的輸出端與輸出端子相連接。在本專利技術一實施例中，所述4階ΔΣ調制器包括輸入端子、輸出端子、7個增益塊、4個積分器、3個加法器以及1個4位量化器；其中，加法器1是一個3輸入端的加法器，加法器3是一個5輸入端的加法器；輸入端子與加法器1的第二輸入端、加法器3的第一輸入端相連接；加法器1的輸出端與積分器1的輸入端相連接；積分器1的輸出端與積分器2的輸入端相連接；積分器2的輸出端與加法器2的一輸入端相連接；加法器2的輸出端與積分器3的輸入端相連接；積分器3的輸出端與積分器4的輸入端相連接；積分器4的輸出端與增益塊4的輸入端相連接；增益塊4的輸出端與加法器3的第二輸入端相連接；增益塊5的輸入端與積分器3的輸出端相連接，增益塊5的輸出端與加法器3的第三輸入端相連接；增益塊6的輸入端與積分器2的輸出端相連接，增益塊6的輸出端與加法器3的第四輸入端相連接；增益塊7的輸入端與積分器1的輸出端相連接，增益塊7的輸出端與加法器3的第五輸入端相連接；加法器3的輸出端與4位量化器的輸入端相連接；4位量化器的一輸出端與輸出端子相連接；增益塊1的輸入端與4位量化器的另一輸出端連接，增益塊1的輸出端與加法器1的第三輸入端相連接；增益塊2的輸入端與積分器2的輸出端相連接，增益塊2的輸出端與加法器1的第一輸入端相連接；增益塊3的輸入端與積分器4的輸出端相連接，增益塊3的輸出端與加法器2的另一輸入端相連接。在本專利技術一實施例中，所述數字脈沖寬度調制器包括輸入端子、輸出端子、Counter模塊、Relational模塊；輸入端子與Relational模塊的一輸入端相連接，Counter模塊的輸出端與Relational模塊的另一輸入端相連接，Relational模塊的輸出端與輸出端子連接；Counter模塊實現4位量化的三角波信號用于所述數字脈沖寬度調制器的載波信號，Relational模塊用于實現比較器功能，以將所述數字脈沖寬度調制器量化輸出信號進行PWM調制，輸出PWM信號。相較于現有技術，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術涉及一種基于SystemGenerator的音頻數模轉換器。利用XilinxSystemGenerator工具，通過圖像化界面能夠快速搭建系統模型，并通過仿真驗證系統的性能。將開發人員從底層枯燥的代碼編寫中解脫出來，加快數字系統開發流程，適用于高性能的D類數字音頻放大器的數字前端模塊。附圖說明圖1為D類數字音頻放大器中音頻數模轉換器的結構示意圖。圖2為基于SystemGenerator的音頻數模轉換器。圖3為基于SystemGenerator的數字音頻信號模塊。圖4為基于SystemGenerator的16倍插值濾波器模塊。圖5為基于SystemGenerator的4階ΔΣ調制器模塊。圖6為基于SystemGenerator的4階ΔΣ調制器模塊中的積分器。圖7為基于SystemGenerator的DPWM模塊。圖8為基于Sy本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于System?Generator的音頻數模轉換器，其特征在于，包括System?Generator模塊、4個Gateway_Out模塊、scope模塊、數字音頻信號模塊、16倍插值濾波器、4階ΔΣ調制器、數字脈沖寬度調制器，所述16倍插值濾波器的輸入端連接數字音頻信號模塊的輸出端，16倍插值濾波器模塊的輸出端與4階ΔΣ調制器模塊的輸入端連接，4階ΔΣ調制器模塊的輸出端與數字脈沖寬度調制器的輸入端連接，數字脈沖寬度調制器的輸出端與第四Gateway_Out模塊的輸入端連接，第一Gateway_Out模塊的輸入端與16倍插值濾波器模塊的輸入端連接，第二Gateway_Out模塊的輸入端與4階ΔΣ調制器模塊的輸入端連接，第三Gateway_Out模塊的輸入端與數字脈沖寬度調制器的輸入端連接，第一至第四Gateway_Out模塊的輸出端分別與scope模塊連接，所述System?Generator模塊用于給定整個系統控制和仿真的參數，并用于工程文件的配置與生成。

【技術特征摘要】
1.一種基于SystemGenerator的音頻數模轉換器，其特征在于，包括SystemGenerator模塊、4個Gateway_Out模塊、scope模塊、數字音頻信號模塊、16倍插值濾波器、4階ΔΣ調制器、數字脈沖寬度調制器，所述16倍插值濾波器的輸入端連接數字音頻信號模塊的輸出端，16倍插值濾波器模塊的輸出端與4階ΔΣ調制器模塊的輸入端連接，4階ΔΣ調制器模塊的輸出端與數字脈沖寬度調制器的輸入端連接，數字脈沖寬度調制器的輸出端與第四Gateway_Out模塊的輸入端連接，第一Gateway_Out模塊的輸入端與16倍插值濾波器模塊的輸入端連接，第二Gateway_Out模塊的輸入端與4階ΔΣ調制器模塊的輸入端連接，第三Gateway_Out模塊的輸入端與數字脈沖寬度調制器的輸入端連接，第一至第四Gateway_Out模塊的輸出端分別與scope模塊連接，所述SystemGenerator模塊用于給定整個系統控制和仿真的參數，并用于工程文件的配置與生成。2.根據權利要求1所述的基于SystemGenerator的音頻數模轉換器，其特征在于，所述數字音頻信號模塊包括Counter模塊、ROM模塊和輸出端子，ROM模塊的輸入端與Counter模塊連接，ROM模塊的輸出端與輸出端子相連接；數字音頻信號模塊將一個周期內數字音頻信號存儲在ROM模塊，通過采取正弦查表的方式讀取數字音頻信號，Counter模塊提供讀取時的控制信號。3.根據權利要求1所述的基于SystemGenerator的音頻數模轉換器，其特征在于，所述16倍插值濾波器包括輸入端子、輸出端子、4個FDATool模塊以及4個DigitalFIRFilter模塊；第一DigitalFIRFilter模塊的輸入端與輸入端子連接，第一DigitalFIRFilter模塊的輸出端與第二DigitalFIRFilter模塊的輸入端連接，第二DigitalFIRFilter模塊的輸出端與第三DigitalFIRFilter模塊的輸入端連接，第三DigitalFIRFilter模塊的輸出端與第四DigitalFIRFilter模塊的輸入端連接，第四Dig...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏榕山，王萬金，林鋮，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建,35