高带宽连续时间Sigma-Delta ADC中抽取滤波器的研究与设计

发布时间：2020-10-16 11:58

　　 随着无线通信系统的高速发展,宽带、高动态和低功耗等性能已成为电子系统需求的重点。电子系统智能化、集成化和小型化等特点逐渐突显。近年来,基于集成电路工艺和设计技术的不断进步,包含射频、模拟/混合信号等功能的射频前端一体化芯片已成为高端集成电路的重要方向。高速、宽带、大动态模拟信号采集和数字信号处理技术成为研究热点。本文首先分析了课题的研究背景和意义,并介绍了当前国内外连续时间Σ-ΔADC的发展状况。接着,分别介绍了奈奎斯特ADC和过采样ADC的工作原理,并给出了在离散时间Σ-Δ调制器的基础上设计连续时间Σ-Δ调制器的理论基础和数字抽取滤波器的基本原理。为了满足前级连续时间Σ-Δ调制器的需求,本文提出了一种宽带多模数字抽取滤波器。通过采用不同类型滤波器级联结构,合理地分配不同级间下采样因子,有效的简化了电路实现的复杂度,降低了电路实现时的面积和功耗。而级间滤波器相互配合,实现了滤波器的多带宽、多模式功能。根据设计指标,利用MATLAB完成对数字抽取滤波器的系统设计和仿真。在仿真达到要求的情况下,使用硬件描述语言完成数字抽取滤波器的寄存器级代码设计,并通过QuartusⅡ调用Modelsim完成对数字抽取滤波器硬件实现的功能验证。仿真结果表明,数字抽取滤波器的硬件实现满足设计指标,最后利用DC软件完成对寄存器级代码的综合。本课题采用65nm CMOS工艺,对该滤波器进行了后端设计。设计结果表明:所设计的多模抽取滤波器工作带宽的范围为20MHz~50MHz,当工作带宽为20MHz和50MHz时,有效位数分别为10.64位和10.48位。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN713
【部分图文】：

中的滤波器设计工具 FD(Filter Designer) ToolBox 分别设计满足作带宽模式下的 FIR 滤波器。(a) 20MHz 工作带宽 FIR 滤波器

图 4.10 抽取滤波器通带波纹4.3 数字抽取滤波器的 Simulink 仿真MATLAB 中的 Simulink 平台是一种可视模块化的设计平台，区别于利用函数设计滤波器，Simulink 搭建仿真电路图不需要编写复杂的代码，只需要调节现有模块的各个参数即可完成对电路系统的搭建。搭建抽取滤波器的仿真模型时，CIC 滤波器使用的是例化在模块库当中的 CIC 滤波器模块，CIC 补偿滤波器和半带滤波器都是将 Filter Design 工具中设计完成的滤波器输出到 Simulink 平台当中的。所有模块都需要设置工作模式为多速率模式。最终得出的数字抽取滤波器 Simulink 模型如图 4.11 所示。

重庆邮电大学硕士学位论文 第 4 章 数字抽取滤波器的设计仿真条件如下：滤波器的输入数据使用晶体管搭建的 Σ-Δ 调制器电路图产生的仿真数据，去除电路瞬态建立初期产生的数据后，20MHz 数据共 11250 个采样点，50MHz数据共 13824 个采样点。将输入数据读入到 MATLAB 工作空间进行定点化处理后，再由 Simulink 中读取工作空间输入激励模块将输入数据送入到抽取滤波器系统中，记输入信号频率为fin，输入数据率为 fdata_in。20MHz 模式下 fin为 16MHz，fdata_in为 1280MSPS，下采样率为 32；50MHz 模式下 fin为 38MHz，fdata_in为 1600MSPS，下采样率为 16。仿真得出的 20MHz 输出波形如图 4.12(a)，50MHz 的输出波形如图 4.12(b)。
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本文编号：2843226