应用于Sigma-Delta ADC的数字抽取滤波器的设计

发布时间：2017-03-20 17:00

  本文关键词：应用于Sigma-Delta ADC的数字抽取滤波器的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：模数转换器(ADC)是模拟电路连接数字电路的桥梁,在电路开发和设计中发挥着不可替代的作用。除了关注传统的静态和动态指标以外,面积的使用情况和功耗的高低也越来越受到人们的重视。在Sigma-Delta ADC设计的过程中,Sigma-Delta Modulator应用了过采样和噪声整形两大技术,可以使Sigma-Delta ADC以较低的代价达到预期的高精度,使得它具有很好的市场前景。数字抽取滤波器作为Sigma-Delta ADC的重要组成部分,很大程度上决定了Sigma-Delta ADC的面积和功耗。数字抽取滤波器由CIC滤波器、FIR补偿滤波器和半带抽取滤波器级联构成。CIC滤波器的采样频率较高导致其功耗较大,对CIC滤波器的结构进行改进,降低了功耗、减小了芯片的面积。FIR补偿滤波器和半带抽取滤波器由于具有多级的滤波器的系数,所以需要大量的存储器完成存储,就导致其占用的芯片面积较大。采用CSD编码技术对滤波器的系数进行处理,降低了运算量和运算复杂程度,降低了芯片面积。数字抽取滤波器完成512倍抽取倍数,其中CIC滤波器采用五级级联结构完成64倍的抽取、FIR补偿滤波器完成2倍抽取、第一级和第二级半带滤波器分别完成2倍的抽取。经过计算对比,选用递归结构实现CIC滤波器,采用等纹波逼近的方法来设计FIR补偿滤波器和半带滤波器。论文设计了一个数字抽取滤波器。其输入采样频率和输出采样频率分别为1024 kHz和2 KHz,输入位宽和输出位宽分别为5 bits和18 bits,降采样倍数为512,滤波器输出的有效位宽达到18.3位,信噪比达到110 dB。
【关键词】：Sigma-Delta ADC Sigma-Delta调制器 CIC滤波器 FIR补偿滤波器 半带滤波器
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN713;TN792
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文研究内容13-14
• 第2章 Sigma-Delta ADC的基本原理14-19
• 2.1 Sigma-Delta ADC的基本原理14-15
• 2.2 Sigma-Delta调制器的核心技术15-16
• 2.3 高阶Sigma-Delta调制器的原理16-17
• 2.4 数字抽取滤波器在Sigma-Delta ADC中的作用17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第3章 数字抽取滤波器的基本结构和原理19-37
• 3.1 抽取的原理19-23
• 3.2 数字滤波器的原理23-27
• 3.2.1 数字抽取滤波器的级联结构26
• 3.2.2 通带截止频率和阻带起始频率26
• 3.2.3 滤波器的通带衰减和阻带纹波26-27
• 3.3 级联积分梳状滤波器的原理与结构27-33
• 3.3.1 单级积分梳状滤波器的原理27-29
• 3.3.2 多级级联的积分梳状滤波器29-33
• 3.4 半带滤波器的原理33-34
• 3.5 FIR补偿滤波器的原理34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 数字抽取滤波器的设计与仿真37-48
• 4.1 数字抽取滤波器的整体性能指标37-38
• 4.2 数字滤波器的设计方案38-46
• 4.2.1 数字抽取滤波器的整体设计结构38
• 4.2.2 CIC抽取滤波器的级联数目38
• 4.2.3 多级CIC抽取滤波器的结构选择38-42
• 4.2.4 FIR补偿滤波器的设计42
• 4.2.5 第二级半带滤波器的设计42-45
• 4.2.6 第一级半带滤波器的设计45-46
• 4.3 数字抽取滤波器的SIMULINK仿真46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 数字抽取滤波器的硬件设计和仿真48-53
• 5.1 时钟模块设计48
• 5.2 CIC抽取滤波器的模块及硬件设计48-49
• 5.3 FIR补偿滤波器和半带滤波器的设计49-50
• 5.4 FIR滤波器的系数编码50-51
• 5.5 数字抽取滤波器的功能仿真51-52
• 5.6 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文58-59
• 致谢59

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本文编号：258093