返回列表 发布新帖

基于逆全极点滤波器的高频PWM噪声整形方法

15 0
admin 发表于 2024-12-14 11:13 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于逆全极点滤波器的高频PWM噪声整形方法
摘要:高频开关功率放大器具有高功率、低纹波、高响应的优点,是高加速、高精度定位系统的核心部件.为了解决高频PWM中开关频率与占空比分辨率的矛盾,该文分析调制中噪声整形的基本原理,采用误差反馈结构提取PWM量化噪声进行数字整形,阐述噪声整形滤波器设计约束条件.提出通过逆全极点无限脉冲响应(IIR)滤波器获得有限脉冲响应(FIR)噪声整形滤波器的简明设计方法,仿真及实验表明,该文提出的方法可利用低阶FIR整形滤波器获得平坦的通带和高整形衰减.在不足9位的PWM中,4阶的FIR噪声整形滤波器能够恢复调制信号在10kHz频段内约40dB的信噪比损失.

Abstract:Tokeeptrackoftherequirementsofdrivingthehigh-precisionelectromechanicalsysteminsemiconductormanufacturing,theSNRoftheamplifieroutputcurrentneedstoincreaseby20dBeveryfiveyears.Comparedtolinearpoweramplifiers,switchingpoweramplifiershavesuperiorpotentialinpowerandefficiency.High-frequencyswitchingpoweramplifierscanreducevoltageandcurrentdistortion.However,thelimiteddigitalcomputationcausesaconflictbetweenhighswitchfrequencyandhigh-dutycycleresolution.Therefore,thispaperanalyzesthenoiseshapingprinciplesinthepulse-widthmodulationprocessandproposesasimpledesignmethodforlow-orderFIRnoiseshapingfilters,whichprovidessufficientnoiseattenuationandpassbandflatnesswiththeleastcomputationalcost.Firstly,thesignalprocessinginswitchpoweramplifiersisdemonstrated.QuantizationnoiseindigitalPWMmodulationcausesatrade-offbetweenhighSNRandhighfrequency,assumedtobeuniformlydistributedwhitenoiseandindependentoftheinput.TheimprovementoftheSNRvianoiseshapingisanalyzedaccordingly.Secondly,anerrorfeedbackstructureisusedtoobtainthequantizationnoiseashigh-bitdigitalsignals,separatingthetransmissionoftargetsignalsandquantizationnoiseshapingprocessing.Furthermore,theminimumphaseandstabilityconstraintsofnoise-shapingfiltersarederived.Thirdly,fourdifferenttypesofall-poleIIRfiltersarederivedbytheGegenbauerpolynomial.TheirinverseformsareFIRfilterswiththeorigincutofffrequencyandshapingattenuationaswellastheminimumphaseandcoefficientcharacteristics.Finally,thenoiseattenuationrequirementsaremetbyselectingthefilterorderreasonably.Theinverseall-polefiltermethodreducesthecomplexityofthenoise-shapingfilterdesignandenhancestheabilitytocontroltherippleinthenoise-shapingband.SimulationandexperimenthaveshownthattheproposedmethodachievesalargenoiseattenuationinthesameorderastheLMImethodandhasbetterripplecontrol.WhenPWMmodulatingat200kHzwitharesolutionlowerthan9-bit,a4th-orderFIRnoiseshapingfilterincreasestheSNRofthereferencesignalfrom62.30dBto99.04dBwithinabandwidthof10kHz.Afterthenoiseshaping,thepowerlevelofquantizationnoiseinthetargetfrequencybandreducesfrom-43.12dBto-81.27dB,andthequantizationnoisegeneratedbyPWMhasbeeneliminated.InadditiontotheSNRimprovement,theerrorfeedbackstructurepreservesthephaseandamplitudecharacteristicsofthetargetsignal.Thefollowingconclusionscanbedrawn:(1)Quantizationnoisecanbemodeledasuniformwhitenoiseandextractedthroughanerrorfeedbackstructure,effectivelyseparatingthequantizationnoiseandthecontrolsignalindigitalsignalprocessing.(2)Theinverseall-polefiltermakestheFIRnoiseshapingfilterconformtotheconstraintsofthefirstfixedcoefficientandminimumphase,whichisanexpeditiousmethodforlow-costnoiseshapingdesigninhigh-frequencyPWM.(3)PerformingnoiseshapinginPWMmodulationcanrecoverSNRlosscausedbycoarsequantizationinmodulation,butthebestSNRstilldependsontheanalog-to-digitalconversion.

作者:陈福祥  刘凯  胡傲奇  张昊  赵烁  曾理湛Author:ChenFuxiang  LiuKai  HuAoqi  ZhangHao  ZhaoShuo  ZengLizhan
作者单位:华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TM46
关键词:开关功率放大器  高频PWM  噪声整形  全极点滤波器  信噪比  
Keywords:Switchmodepoweramplifier  highfrequencyPWM  noiseshaping  all-polefilter  signal-to-noiseratio(SNR)  
机标分类号:R619.6S663.1TN859
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:国家自然科学基金,国家自然科学基金基于逆全极点滤波器的高频PWM噪声整形方法[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)陈福祥  刘凯  胡傲奇  张昊  赵烁  曾理湛高频开关功率放大器具有高功率、低纹波、高响应的优点,是高加速、高精度定位系统的核心部件.为了解决高频PWM中开关频率与占空比分辨率的矛盾,该文分析调制中噪声整形的基本原理,采用误差反馈结构提取PWM量化噪声进行...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
本文读者也读过
相似文献
相关博文

        基于逆全极点滤波器的高频PWM噪声整形方法  Noise Shaping Method for High Frequency PWM Based on Inverse All Pole Filter

基于逆全极点滤波器的高频PWM噪声整形方法.pdf
2024-12-14 11:13 上传
文件大小:
1.09 MB
下载次数:
60
高速下载
【温馨提示】 您好!以下是下载说明,请您仔细阅读:
1、推荐使用360安全浏览器访问本站,选择您所需的PDF文档,点击页面下方“本地下载”按钮。
2、耐心等待两秒钟,系统将自动开始下载,本站文件均为高速下载。
3、下载完成后,请查看您浏览器的下载文件夹,找到对应的PDF文件。
4、使用PDF阅读器打开文档,开始阅读学习。
5、使用过程中遇到问题,请联系QQ客服。

本站提供的所有PDF文档、软件、资料等均为网友上传或网络收集,仅供学习和研究使用,不得用于任何商业用途。
本站尊重知识产权,若本站内容侵犯了您的权益,请及时通知我们,我们将尽快予以删除。
  • 手机访问
    微信扫一扫
  • 联系QQ客服
    QQ扫一扫
2022-2025 新资汇 - 参考资料免费下载网站 最近更新浙ICP备2024084428号-1
关灯 返回顶部
快速回复 返回顶部 返回列表