一種Sigma-Delta ADC中抽取濾波器的研究.pdf

1、本文對一個應(yīng)用于高端音頻設(shè)備當(dāng)中的Sigma-Delta ADC的抽取濾波器進(jìn)行了研究與設(shè)計。Sigma-Delta ADC由于其具有高線性，高精度，易于與數(shù)字電路集成的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于高端音頻，無線通信以及精密儀器測量當(dāng)中。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來還會朝著寬帶方向發(fā)展，從而進(jìn)入到數(shù)字視頻等領(lǐng)域。Sigma-Delta ADC包含前端調(diào)制器以及后端的數(shù)字抽取濾波器兩部分。前端調(diào)制器過采樣輸入信號，并且實(shí)現(xiàn)噪聲整形，把帶內(nèi)的量化噪聲搬移到較高

2、頻段當(dāng)中去。后端的抽取濾波器通過降采樣把信號頻率降到奈奎斯特率，并且濾除被調(diào)制器轉(zhuǎn)移到高頻的帶外量化噪聲，使得帶內(nèi)信噪比上升。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴整個設(shè)計采用了由頂向底（Top-down）的設(shè)計思路。首先從系統(tǒng)的要求出發(fā)選擇濾波器的結(jié)構(gòu)與類型。整個濾波器采用了多級多速率結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，第一級采用CIC濾波器，后面級聯(lián)兩級半帶濾波器以及一個CIC補(bǔ)償濾波器。通過比較分析，將CIC補(bǔ)償濾波器放置在兩個半帶濾波器中間需要的計算量是最

3、小的。同時為了進(jìn)一步降低計算的負(fù)擔(dān)，后面三級濾波器都采用兩相的結(jié)構(gòu)，使得濾波器工作在降采樣之后相對較低的工作頻率之下。
　　 ⑵通過Matlab里的FDAtool以及Fdesign tool工具箱完成濾波器的設(shè)計工作。整體濾波器的阻帶衰減達(dá)到120dB，帶通波紋小于0.01dB。實(shí)現(xiàn)48kHz與96kHz可變輸出，輸出數(shù)據(jù)位寬支持16位，20位與24位。同時計算出相應(yīng)的濾波器系數(shù)，完成對于濾波器系數(shù)的CSD編碼轉(zhuǎn)換。由于濾波器系

4、數(shù)以及輸出字長的量化長度對于最終得到的濾波器精度是有影響的，通過本文的分析，為了達(dá)到設(shè)計要求，該設(shè)計采用了24位的系數(shù)量化以及最高24位的輸出截斷量化。
　　 ⑶用Verilog HDL編寫了整個濾波器的代碼以及用于測試其功能的testbench。用Matlab的Simulink以及Sdtoolbox來搭建了需要的調(diào)制器結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生出用于測試的調(diào)制器輸出碼流。通過Modelsim驗(yàn)證了濾波器功能。
　　 ⑷最后把經(jīng)過驗(yàn)證后