一种应用于∑-△ADC的低功耗数字抽取滤波器设计

发布时间：2021-02-03 06:04

　　∑-△模数转换器（Analog-to-digital Converter,ADC）作为一种低速高精度的过采样ADC,由于其低功耗、高线性度和高分辨率的特性,近些年来,在数字信号处理、数字通信系统、高保真音视频、精密测量等方面获得了广泛的应用。∑-△ADC的组成包括两个部分:∑-△调制器和数字抽取滤波器。∑-△调制器主要负责将输入信号进行调制,然后输出高速低精度的数字信号。数字抽取滤波器主要负责将该高速低精度的数字信号进行滤波和降采样,使其以Nyquist速率输出高精度的数字信号。一般而言,∑-△ADC的精度和转换速度主要取决于调制器,面积和功耗则主要由数字抽取滤波器来决定。显然,高功耗大面积的产品已经不适应当前产品的发展趋势,本文的目的旨在于设计一款低功耗小面积的数字抽取滤波器,用于16位的∑-△ADC中。本文设计的数字抽取滤波器立足于实际的工程应用,经过对比考虑,最终选用了级联积分梳状（Cascade Integrated Comb,ClC）滤波器、有限冲激响应补偿（Finite-impulse-response Compensator,CFIR）滤波器和半带（Half-band,H... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究意义
    1.4 论文组织结构
第2章 ∑-△ADC的基本原理和架构
    2.1 ADC的基本原理
    2.2 ADC的性能指标参数
        2.2.1 静态指标
        2.2.2 动态指标
    2.3 E-△ADC的基本原理
        2.3.1 ∑-△调制理论
        2.3.2 数字滤波理论
    2.4 ∑-A ADC的基本架构
        2.4.1 ∑-△调制器的一般架构
        2.4.2 数字抽取滤波器的一般架构
    2.5 本章小结
第3章 数字抽取滤波器的系统级设计
    3.1 设计指标
    3.2 数字抽取滤波器的架构选取
    3.3 数字抽取滤波器的Simulink建模
        3.3.1 CIC滤波器设计
        3.3.2 CFIR滤波器设计
        3.3.3 HB滤波器设计
        3.3.4 Simulink 仿真
    3.4 数字抽取滤波器的结构优化
        3.4.1 改进型Hogenauer结构CIC滤波器
        3.4.2 运用奇偶优化法技术CFIR滤波器和HB滤波器
        3.4.3 改进结构的Simulink仿真
    3.5 Simulink建模和仿真时需要注意的几个问题
        3.5.1 相干采样问题
        3.5.2 数据区间选择问题
    3.6 本章小结
第4章 数字抽取滤波器的RTL级电路设计
    4.1 采用的算法技术
        4.1.1 CSD编码
        4.1.2 乘法实现
        4.1.3 字长处理
        4.1.4 误差校准
        4.1.5 精简除法器
    4.2 RTL级电路设计
        4.2.1 复位模块设计
        4.2.2 时钟模块设计
        4.2.3 CIC滤波器模块设计
        4.2.4 CFIR滤波器和HB滤波器模块设计
        4.2.5 数据准备就绪模块设计
        4.2.6 误差校准模块设计
        4.2.7 串行外设接口模块设计
        4.2.8 双向端口逻辑设计
        4.2.9 数字抽取滤波器顶层设计
    4.3 ModelSim仿真与MATLAB 分析
    4.4 本章小结
第5章 数字抽取滤波器的板级验证和后端设计
    5.1 FPGA板级验证
        5.1.1 板级验证的必要性
        5.1.2 板级验证的过程和结果分析
    5.2 数字抽取滤波器的后端设计
        5.2.1 数字ASIC设计流程
        5.2.2 后端设计
    5.3 后仿真及MATLAB分析
    5.4 线性度分析
    5.5 流片测试
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
在校期间发表的学术论文及研究成果
附录A 多相分解的Verilog核心代码
附录B 双向端口通信的Verilog核心代码


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于Σ-ΔADC的低功耗数字抽取滤波器[J]. 汪杰,刘慧君,谢亮,金湘亮.  电子元件与材料. 2017(11)
[2]High-Performance FP Divider with Sharing Multipliers Based on Goldschmidt Algorithm[J]. HE Tingting,CHEN Jiyang,LEI Yuanwu,PENG Yuanxi,ZHU Baozhou.  Chinese Journal of Electronics. 2017(02)
[3]一种24位Delta-Sigma A/D数字抽取滤波器设计[J]. 骆丽,李晓玥,曾俊琦,徐子轩.  北京交通大学学报. 2016(05)
[4]一种用于音频信号的Sigma-Delta A/D转换器设计[J]. 吴书园,张海英,卫宝跃.  电子技术应用. 2015(06)
[5]相干采样在混合信号模块校准中的应用[J]. 吴丹.  计算机与数字工程. 2012(06)
[6]基于Matlab的Sigma-Delta ADC中抽取滤波器设计与分析[J]. 罗燕,唐宁,何颖子.  电声技术. 2008(11)
[7]基于加减交替法除法器的FPGA设计与实现[J]. 潘明,许勇.  微计算机信息. 2008(26)
[8]二阶ΣΔA/D转换器抽取滤波器VLSI设计和实现（英文）[J]. 彭春干,于敦山,尚天秀,盛世敏.  北京大学学报(自然科学版). 2007(03)
[9]基于Verilog HDL双向端口的设计与实现[J]. 李雪梅,路而红.  现代电子技术. 2006(14)

博士论文
[1]高精度sigma-delta ADC的研究与设计[D]. 吴笑峰.西安电子科技大学 2009
[2]高性能∑△模数转换器设计[D]. 易婷.复旦大学 2002

硕士论文
[1]一种16位双采样Sigma-Delta调制器的研究与设计[D]. 田也.湘潭大学 2017
[2]∑-ΔADC中低功耗抽取滤波器的设计[D]. 王龙生.湘潭大学 2014
[3]Sigma-Delta ADC数字抽取滤波器的设计与优化[D]. 尚文明.电子科技大学 2013
[4]高速高精度pipeline ADC测试的研究[D]. 刘俊逸.西安电子科技大学 2013



本文编号：3016020