Delta-Sigma(Σ-Δ)類比數位轉換會產生一個位流,其平均值隨類比輸入平均值的變化而改變(圖1)。

20180716NT01P1 圖1 Σ-Δ轉換。

D型觸發器在特定頻率下是由時脈控制。觸發器的Q輸出經過低通濾波後被發送回比較器的反相輸入端,非反相輸入來自訊號輸入端。如果訊號輸入高於LPF#1的輸出,則觸發器的D輸入為高電平,下一個時脈脈衝到達時Q輸出將變為高電平。這將使LPF#1輸出端的電壓上升到輸入電平之上,此時比較器將D輸入變為低電平,Q輸出也將變為低電平。

在Q輸出狀態從高到低的反覆變換中,LPF#1的平均輸出與訊號輸入趨於相等。雖然從來沒有真正相等,但確實有這個趨向。

與此同時,Q輸出的高低起伏形成一個數位位元流,可以在相當一段距離內輕鬆發送,而另一個與LPF#1相同的濾波器LPF#2可以獲取該位流,並重建原始訊號輸入。

圖2的SPICE模擬忽略電平轉換的所有具體細節,顯示了其工作原理。

20180716NT01P2 圖2 Σ-Δ轉換模擬。

由於D型觸發器U1的邏輯電平保持原樣,因此需要使用V2來使一切相容。圖2中上方三條跡線是分別使用1MHz、100kHz和64kHz時脈頻率重建1kHz輸入後產生的訊號輸出,圖中顯示的邏輯波形只是64kHz的情況。

我曾經聽過一個Σ-Δ音訊輸出,它有一個奇怪的音色,比較貼切的形容是「沙沙的(sandy)」,至少我的一位同事是這樣描述。我想不到更好的詞了,那就用它吧。

(參考原文: A lesson in delta-sigma conversion,by John Dunn)