Research on characteristics of audio DAC Sigma-Delta modulator on field programmable gate array

Abstract

The original architectural scheme of a designed audio Sigma Delta DAC on the FPGA whose application in a computer sound system allows refusing of an analogue sound track and improving the sound quality is presented. Modelling results of the audio interpolator filters transmission characteristics and the Sigma Delta modulator’s quantization noise parameters are given. It was determined that requirements are met best by a CIC filter amplitude frequency characteristics when the interpolation multiplier is L=8, the number of stages is N = 6, the input string length is 16 bits, the output string length is 31 bits, and the discretization frequency is 2.8224 MHz. The results of the modulator modelling showed that when a sound signal frequency band is of 20 kHz the modulator’s effective number of bits is 16, while the quantization noise power is minus 118dB. The modelling results are also proven by the experimental research when a DAC has been realized with Xilinx Spartan XC3S400-4PQ208 on the array.

Pateikta originali garso moduliatoriaus Sigma Delta SAK su LPL matrica (angl. FPGA) sandaros schema, kurią naudojant kompiuterio garso sistemoje galima atsisakyti analoginio garso trakto ir pagerinti garso kokybę. Pateikti garso interpoliatoriaus filtrų perdavimo charakteristikų ir Sigma Delta moduliatoriaus signalo ir triukšmo parametrų modeliavimo rezultatai. Nustatyta, kad geriausiai reikalavimus tenkina pakopinio diferenciatorių integratorių (angl. CIC) filtro dažninė amplitudės charakteristika, kai interpoliacijos daugiklis L = 8, pakopų skaičius N = 6, įėjimo žodžio ilgis – 16 bitų ir diskretizacijos dažnis – 2,8224 MHz. Moduliatoriaus tyrimo rezultatai parodė, kad, esant garsinio signalo dažnio juostai 20 kHz, efektyvus bitų skaičius – 16, kvantavimo triukšmo galia minus 118 dB. Modeliavimo rezultatus patvirtina ir eksperimentinis tyrimas, kai SAK realizuotas Xilinx Spartan XC3S400-4PQ208PL LPL matricoje.