一种采用PBi-DWA技术的500微瓦功率、103分贝动态范围的ΔΣ调制器，用于助听器

《AEU - International Journal of Electronics and Communications》：A 500-μ W Δ Σ modulator with 103-dB dynamic range using PBi-DWA for hearing aids

　　

Zhang Zhang|Hong Yang|Annan Wang|Gang Liu|Aoyun Sun

摘要

本文介绍了一种用于助听器应用的低电压、低功耗离散时间$\Delta \Sigma$调制器。该调制器在20 kHz音频带宽内的动态范围可达103 dB，能够满足助听系统中对高保真音频设备日益增长的需求。虽然多比特量化器可用于$\Delta \Sigma$调制器以提高精度，但它们也会因制造误差而引入多比特数字模拟转换器（DAC）元件不匹配问题，这会提升带内噪声水平，降低语音清晰度，尤其是在嘈杂环境中。尽管传统的数据加权平均（DWA）和双向DWA技术常被用来减轻DAC不匹配误差，但由于元件选择过程的固有周期性，这些方法往往会引入杂音。为解决这一问题，本文提出了一种基于扰动的双向数据加权平均技术（PBi-DWA），该技术能有效抑制带内噪声并减少音调失真。原型芯片采用65纳米CMOS工艺制造，内置斩波稳定型增益提升运算放大器以降低闪烁噪声，同时还配有自适应偏置自举开关，以提高输入采样网络的线性度。该调制器在1伏电源供电下工作，功耗为500$\mathrm{\mu }$瓦特，其峰值信噪失真比可达98.5分贝。