基于System Generator的音频数模转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于System Generator的音频数模转换器。包括System Generator模块、4个Gateway_Out模块、scope模块、数字音频信号模块、16倍插值滤波器、4阶ΔΣ调制器、数字脉冲宽度调制器，所述System Generator模块用于给定整个系统控制和仿真的参数，并用于工程文件的配置与生成。本发明专利技术利用Xilinx System Generator工具，通过图像化界面能够快速搭建系统模型，并通过仿真验证系统的性能；将开发人员从底层枯燥的代码编写中解脱出来，加快数字系统开发流程。

Audio-to-digital converter based on System Generator

【技术实现步骤摘要】
基于SystemGenerator的音频数模转换器
本专利技术涉及一种基于SystemGenerator的音频数模转换器。
技术介绍
近年来，互联网+、大数据和人工智能(AI)爆发式的研究热潮带来了相关产业链的共同发展。智能家居音频、无线耳机等便携式音频产品已成为日常生活的必备品。音频功率放大器是音频产品的重要组成部分，它的性能直接影响音频产品的用户体验。一个多世纪以来，无数科学家和研究学者致力于追求高保真、高功率、高效率和小体积的音频放大器。目前，D类音频放大器因其具备高效率的特点被广泛应用于便携式产品中。传统的D类音频放大器处理的音频信号均为模拟音频信号，但是随着数字化存储技术的快速发展，导致目前绝大多数的音频信号为数字音源。因此，研究学者们致力于研究能够直接兼容数字音源的高保真、高效率的D类数字音频放大器。D类数字音频放大器一般由音频数模转换器和模拟重构级组成。音频数模转换器将输入的数字音频信号转换成PWM信号，然后由模拟重构级还原音频信号并进行功率放大，从而驱动喇叭或者扬声器。一般来说，音频数模转换器可以通过全数字方式实现，但是直接通过硬件描述语言(HDL)对音频数模转换器进行描述的方法较为繁琐，工程量巨大，存在一定的困难与挑战。另外，SystemGenerator是Xilinx公司基于MATLABSimulink仿真环境开发的一个用于数字信号处理(DSP)的设计工具。通过将Xilinx公司开发的一些设计模块，包括加法器、乘法器、滤波器等，集成到Simulink的仿真库中，使得设计者可以在Simulink开发环境中通过图形化界面调用这些模块来完成定点的系统建模与仿真，在完成验证之后，可以直接生成Verilog或VHDL的工程文件，该工程文件可以直接在ISE或Vivado等数字电路开发环境中进行RTL行为级仿真或者综合后仿真，从而完成算法的硬件化，也可以直接生成比特流文件，可下载到FPGA板上，从而加快DSP系统的开发速度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于SystemGenerator的音频数模转换器，在实现高性能数字数字电路设计的同时，能够有效加快DSP系统的开发速度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于SystemGenerator的音频数模转换器，包括SystemGenerator模块、4个Gateway_Out模块、scope模块、数字音频信号模块、16倍插值滤波器、4阶ΔΣ调制器、数字脉冲宽度调制器，所述16倍插值滤波器的输入端连接数字音频信号模块的输出端，16倍插值滤波器模块的输出端与4阶ΔΣ调制器模块的输入端连接，4阶ΔΣ调制器模块的输出端与数字脉冲宽度调制器的输入端连接，数字脉冲宽度调制器的输出端与第四Gateway_Out模块的输入端连接，第一Gateway_Out模块的输入端与16倍插值滤波器模块的输入端连接，第二Gateway_Out模块的输入端与4阶ΔΣ调制器模块的输入端连接，第三Gateway_Out模块的输入端与数字脉冲宽度调制器的输入端连接，第一至第四Gateway_Out模块的输出端分别与scope模块连接，所述SystemGenerator模块用于给定整个系统控制和仿真的参数，并用于工程文件的配置与生成。在本专利技术一实施例中，所述数字音频信号模块包括Counter模块、ROM模块和输出端子，ROM模块的输入端与Counter模块连接，ROM模块的输出端与输出端子相连接；数字音频信号模块将一个周期内数字音频信号存储在ROM模块，通过采取正弦查表的方式读取数字音频信号，Counter模块提供读取时的控制信号。在本专利技术一实施例中，所述16倍插值滤波器包括输入端子、输出端子、4个FDATool模块以及4个DigitalFIRFilter模块；第一DigitalFIRFilter模块的输入端与输入端子连接，第一DigitalFIRFilter模块的输出端与第二DigitalFIRFilter模块的输入端连接，第二DigitalFIRFilter模块的输出端与第三DigitalFIRFilter模块的输入端连接，第三DigitalFIRFilter模块的输出端与第四DigitalFIRFilter模块的输入端连接，第四DigitalFIRFilter模块的输出端与输出端子相连接。在本专利技术一实施例中，所述4阶ΔΣ调制器包括输入端子、输出端子、7个增益块、4个积分器、3个加法器以及1个4位量化器；其中，加法器1是一个3输入端的加法器，加法器3是一个5输入端的加法器；输入端子与加法器1的第二输入端、加法器3的第一输入端相连接；加法器1的输出端与积分器1的输入端相连接；积分器1的输出端与积分器2的输入端相连接；积分器2的输出端与加法器2的一输入端相连接；加法器2的输出端与积分器3的输入端相连接；积分器3的输出端与积分器4的输入端相连接；积分器4的输出端与增益块4的输入端相连接；增益块4的输出端与加法器3的第二输入端相连接；增益块5的输入端与积分器3的输出端相连接，增益块5的输出端与加法器3的第三输入端相连接；增益块6的输入端与积分器2的输出端相连接，增益块6的输出端与加法器3的第四输入端相连接；增益块7的输入端与积分器1的输出端相连接，增益块7的输出端与加法器3的第五输入端相连接；加法器3的输出端与4位量化器的输入端相连接；4位量化器的一输出端与输出端子相连接；增益块1的输入端与4位量化器的另一输出端连接，增益块1的输出端与加法器1的第三输入端相连接；增益块2的输入端与积分器2的输出端相连接，增益块2的输出端与加法器1的第一输入端相连接；增益块3的输入端与积分器4的输出端相连接，增益块3的输出端与加法器2的另一输入端相连接。在本专利技术一实施例中，所述数字脉冲宽度调制器包括输入端子、输出端子、Counter模块、Relational模块；输入端子与Relational模块的一输入端相连接，Counter模块的输出端与Relational模块的另一输入端相连接，Relational模块的输出端与输出端子连接；Counter模块实现4位量化的三角波信号用于所述数字脉冲宽度调制器的载波信号，Relational模块用于实现比较器功能，以将所述数字脉冲宽度调制器量化输出信号进行PWM调制，输出PWM信号。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术涉及一种基于SystemGenerator的音频数模转换器。利用XilinxSystemGenerator工具，通过图像化界面能够快速搭建系统模型，并通过仿真验证系统的性能。将开发人员从底层枯燥的代码编写中解脱出来，加快数字系统开发流程，适用于高性能的D类数字音频放大器的数字前端模块。附图说明图1为D类数字音频放大器中音频数模转换器的结构示意图。图2为基于SystemGenerator的音频数模转换器。图3为基于SystemGenerator的数字音频信号模块。图4为基于SystemGenerator的16倍插值滤波器模块。图5为基于SystemGenerator的4阶ΔΣ调制器模块。图6为基于SystemGenerator的4阶ΔΣ调制器模块中的积分器。图7为基于SystemGenerator的DPWM模块。图8为基于Sy本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于System Generator的音频数模转换器，其特征在于，包括System Generator模块、4个Gateway_Out模块、scope模块、数字音频信号模块、16倍插值滤波器、4阶ΔΣ调制器、数字脉冲宽度调制器，所述16倍插值滤波器的输入端连接数字音频信号模块的输出端，16倍插值滤波器模块的输出端与4阶ΔΣ调制器模块的输入端连接，4阶ΔΣ调制器模块的输出端与数字脉冲宽度调制器的输入端连接，数字脉冲宽度调制器的输出端与第四Gateway_Out模块的输入端连接，第一Gateway_Out模块的输入端与16倍插值滤波器模块的输入端连接，第二Gateway_Out模块的输入端与4阶ΔΣ调制器模块的输入端连接，第三Gateway_Out模块的输入端与数字脉冲宽度调制器的输入端连接，第一至第四Gateway_Out模块的输出端分别与scope模块连接，所述System Generator模块用于给定整个系统控制和仿真的参数，并用于工程文件的配置与生成。

【技术特征摘要】
1.一种基于SystemGenerator的音频数模转换器，其特征在于，包括SystemGenerator模块、4个Gateway_Out模块、scope模块、数字音频信号模块、16倍插值滤波器、4阶ΔΣ调制器、数字脉冲宽度调制器，所述16倍插值滤波器的输入端连接数字音频信号模块的输出端，16倍插值滤波器模块的输出端与4阶ΔΣ调制器模块的输入端连接，4阶ΔΣ调制器模块的输出端与数字脉冲宽度调制器的输入端连接，数字脉冲宽度调制器的输出端与第四Gateway_Out模块的输入端连接，第一Gateway_Out模块的输入端与16倍插值滤波器模块的输入端连接，第二Gateway_Out模块的输入端与4阶ΔΣ调制器模块的输入端连接，第三Gateway_Out模块的输入端与数字脉冲宽度调制器的输入端连接，第一至第四Gateway_Out模块的输出端分别与scope模块连接，所述SystemGenerator模块用于给定整个系统控制和仿真的参数，并用于工程文件的配置与生成。2.根据权利要求1所述的基于SystemGenerator的音频数模转换器，其特征在于，所述数字音频信号模块包括Counter模块、ROM模块和输出端子，ROM模块的输入端与Counter模块连接，ROM模块的输出端与输出端子相连接；数字音频信号模块将一个周期内数字音频信号存储在ROM模块，通过采取正弦查表的方式读取数字音频信号，Counter模块提供读取时的控制信号。3.根据权利要求1所述的基于SystemGenerator的音频数模转换器，其特征在于，所述16倍插值滤波器包括输入端子、输出端子、4个FDATool模块以及4个DigitalFIRFilter模块；第一DigitalFIRFilter模块的输入端与输入端子连接，第一DigitalFIRFilter模块的输出端与第二DigitalFIRFilter模块的输入端连接，第二DigitalFIRFilter模块的输出端与第三DigitalFIRFilter模块的输入端连接，第三DigitalFIRFilter模块的输出端与第四DigitalFIRFilter模块的输入端连接，第四Dig...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏榕山，王万金，林铖，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35