數字音頻pdm信號直流濾除電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號處理算法和集成電路技術領域，具體涉及應用于音頻系統的一種數字音頻PDM信號直流濾除電路。
【背景技術】
[0002]隨著人民生活水平的提高，許多人特別是音響發燒友們對音頻功率放大器能否完美不失真的還原聲音的要求近乎于苛刻。模擬的功率放大器經過了幾十年發展，在這方面的技術已經相當成熟，可以說是達到了登峰造極的地步。環保與能量的利用率已漸漸成為人們所關注的問題，正因為這樣，廣大消費者對功放的效率要求越來越高，模擬功率放大器在這方面幾乎達到了極限。功率放大器通常根據其工作狀態分為五類。即A類、AB類、B類、C類、D類。在音頻功放領域中，前四類均可直接采用模擬音頻信號直接輸入，放大后將此信號用以推動揚聲器發聲。D類放大器比較特殊，它只有兩種狀態，“通”或者“斷”，人們把此種具有"開關"方式的放大，稱為"數字放大器"。在D類數字放大器內部需要將輸入的信號進行調制以輸出PWM信號或者PDM信號，輸入信號中帶有的直流信號會引起調制器過載，從而影響輸出功率甚至會影響整個放大器的功能。
[0003]模擬輸入的音頻功率放大器可以通過添加隔直電容的方式來去除輸入信號中的直流成分。由于當前多數的音頻信號都被以數字方式存儲或者傳輸，又由于模擬輸入音頻功率放大器存在易受干擾的問題，越來越多的數字音頻功率放大器采用輸入數字音頻信號的數字接口方式實現。由于集成電路工藝在實現大電容上存在成本過高的問題，數字音頻功率放大器中直流濾除電路被放在數字電路中實現，這極大降低了芯片的面積，并提高了整個系統的可移植性。
[0004]數字音頻PDM信號直流濾除電路(DC-Blocker)用于實現濾除sigma-delta AD輸出PDM信號中直流分量，數字音頻PDM信號直流濾除電路由一個一階無限沖擊響應高通濾波器(HR High Pass Filter)和一個二階的 sigma-delta 調制器(Sigma-DeltaModulator)組合實現。無限沖擊響應高通濾波器用于實現對輸入的I位(bit)數字音頻PDM數據的濾除直流功能，3dB帶寬低于10Hz，經過無限沖擊響應高通濾波器后，數據由Ibit數據變為多bits數據，該多bits數據不再包含直流信號但保留了原來數字音頻PDM信號的有用信息并且在頻譜上保持噪聲整形的狀態。sigma-delta調制器用于實現將無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bits數據轉換為Ibit或者1.5bit數據，由于無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bits數據在頻譜上保持了對白噪聲的整形，sigma-delta調制器只是用于實現將該無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bits數據轉換為Ibit或者1.5bit數據并對其本身的量化噪聲進行抑制，由于其過采樣率達到128倍甚至256倍，采用兩階的sigma-delta調制器就可以實現保留原數字音頻PDM信號16bits近10dB的帶內信噪比精度，并保證帶內信號能量不損失。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于，提供一種數字音頻PDM信號直流濾除電路，用于實現濾除sigma-delta AD輸出PDM信號中直流分量的數字音頻PDM信號直流濾除。
[0006]本發明提供一種數字音頻PDM信號直流濾除電路，包括:
[0007]一一階無限沖擊響應高通濾波器，用于實現濾除輸入到數字音頻PDM信號直流濾除電路的PDM信號中直流分量，并將輸入到數字音頻PDM信號直流濾除電路的單bit PDM信號轉換為多bit數據；
[0008]一二階sigma-delta調制器，用于一階無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bit數據轉換為1.5bit的PDM數據，該二階sigma-delta調制器的輸入端與一階無限沖擊響應高通濾波器輸出端連接。
[0009]本發明的有益效果是，通過將sigma-delta AD輸出Ibit位寬PDM信號輸入到一階無限沖擊響應高通濾波器實現對輸入的I位(bit)數字音頻PDM數據的濾除直流功能，該無限沖擊響應高通濾波器同時實現將Ibit數字音頻PDM數據轉換為多bits數據，該多bits數據不再包含直流信號但保留了原來數字音頻PDM信號的有用信息與數據精度并且在頻譜上保持噪聲整形的狀態。無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bits無直流高精度音頻數據被送到一個兩階的sigma-delta調制器實現將無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bits數據轉換為Ibit或者1.5bit數據，由于無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bits數據在頻譜上保持了對白噪聲的整形，sigma-delta調制器只是用于實現將該無限沖擊響應高通濾波器輸出的多bits數據轉換為Ibit或者1.5bit數據并對其本身的量化噪聲進行抑制。由于數字音頻PDM信號直流濾除電路工作在128倍甚至256倍過采樣率下，采用兩階的sigma-delta調制器就可以實現保留原數字音頻PDM信號16bits近10dB的帶內信噪比精度，并保證帶內信號能量不損失。
[0010]數字音頻PDM信號直流濾除電路輸出的Ibit或者1.5bit PDM信號經過低通濾波即可得到需要的音頻信號。對于單頻輸入的PDM信號，數字音頻PDM信號直流濾除電路輸出的Ibit或者1.5bit PDM信號經過低通濾波后可以得到正弦波信號。該數字音頻PDM信號直流濾除電路可以有效地防止輸入音頻信號中帶有的直流信號引起調制器過載，進而保證了整個D類音頻功率放大器功能與性能。
【附圖說明】
[0011]為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實例例及附圖進一步對本發明的技術內容進行說明，其中:
[0012]圖1是本發明的結構示意圖；
[0013]圖2是一階無限沖擊響應高通濾波器理想頻率響應曲線；
[0014]圖3是在輸入數據不包含直流分量情況下，數字音頻PDM信號直流濾除電路輸出信號的頻譜圖；
[0015]圖4是在輸入數據包含直流分量情況下，數字音頻PDM信號直流濾除電路輸出信號的頻譜圖。
【具體實施方式】
[0016]請參閱圖1所示，本發明提供一種數字音頻PDM信號直流濾除電路，包括:
[0017]——階無限沖擊響應高通濾波器10，sigma-delta AD輸出PDM信號或者音頻系統的其他存儲器件存儲的PDM音頻信號被輸入到數字音頻PDM信號直流濾除電路的一階無限沖擊響應高通濾波器10。一階無限沖擊響應高通濾波器10用于將輸入的I位(bit)數字音頻PDM數據中隱存的直流成分濾除掉，