Sigma-Delta ADC数字抽取滤波器的设计和实现

数字抽取滤波器是Sigma-Delta(Σ-Δ)模数转换器(ADC)的重要组成部分,它负责撞鄄驻调制器输出信号的滤波和抽取。文中设计的数字抽取滤波器由级联积分梳状(CIC)滤波器、CIC补偿滤波器和半带滤波器组成。首先,介绍Σ-Δ ADC原理;然后,讨论数字抽取滤波器的原理及实现;接着,分别从MATLAB和Verilog实现验证抽取滤波器的功能;最后,通过测试实际芯片验证数字抽取滤波器的功能和性能,满足设计要求。     

一种低功耗64倍降采样多级数字抽取滤波器设计

经典多级结构的数字抽取滤波器占用系统大量的功耗与面积资源,文章设计的改进型64倍降采样数字抽取滤波器采用由级联积分梳状滤波器、补偿FIR滤波器和半带滤波器组成,在保持Σ-ΔADC转换精度的约束下,实现了最大程度降低系统功耗与面积的设计目标。在多级级联积分梳状(CIC)滤波器的设计中,充分运用置换原则以优化各级级数并采用非递归结构实现方式,同时将多相结构运用到补偿滤波器与半带滤波器中,获得电路功耗与面积的明显降低。将Σ-Δ调制器输出信号作为测试激励,通过Matlab系统仿真、FPGA验证与FFT信号分析,得到的输出数据信噪比达到15bit有效位数精度,且系统速度满足要求。     

一种用于过采样Σ-Δ A/D转换器的抽取滤波器

采用0.8 μm CMOS工艺,实现了一种用于过采样Σ-Δ A/D转换器的数字抽取滤波器.该滤波器采用多级结构,梳状滤波器作为首级,用最佳一致逼近算法设计的FIR滤波器作为末级,并通过位串行算法硬件实现.芯片测试表明,该滤波器对128倍过采样率、2阶Σ-Δ调制器的输出码流进行处理得到的信噪比为75 dB.     

一种0.35 μm CMOS高精度Σ-Δ A/D转换器

提出了一种应用于MEMS压力传感器的高精度Σ-Δ A/D转换器。该电路由Σ-Δ调制器和数字抽取滤波器组成。其中,Σ-Δ调制器采用3阶前馈、单环、单比特量化结构。数字抽取滤波器由级联积分梳状(CIC)滤波器、补偿滤波器和半带滤波器(HBF)组成。采用TSMC 0.35 μm CMOS工艺和Matlab模型对电路进行设计与后仿验证。结果表明,该Σ-Δ A/D转换器的过采样比为2 048,信噪比为112.3 dB,精度为18.36 位,带宽为200 Hz,输入采样频率为819.2 kHz,通带波纹系数为±0.01 dB,阻带增益衰减为120 dB,输出动态范围为110.6 dB。     

Σ-Δ调制器MASH 模型的结构寄生研究

Σ-Δ调制小数分频频率合成器利用噪声成型技术,将量化噪声的频谱搬移到频率高端,借助锁相环路的低通特性对这种高频噪声进行抑制,不但实现了锁相环输出频率的精细步进,而且解决了小数分频存在的尾数调制问题。然而,作为有限状态机,特定输入情形下会形成特有的杂散谱,即Σ-Δ调制器的结构寄生。介绍了Σ-Δ调制器MASH模型的结构寄生,详细推导了1 阶、2 阶和3 阶MASH 模型的输出序列长度关系式,揭示了序列长度与输入数值和累加器初始值密切关系,获得了避免极短序列长度的有效方法,有效消除了结构寄生,为高性能Σ-Δ调制小数分频频率合成器的设计提供了理论依据。分析方法也适合其它新型调制器结构寄生的分析,具有重要意义。     

基于∑-Δ调制的新型数字功率放大器设计

分析了二阶Σ-Δ调制技术的原理,设计了基于过采样、插值滤波和噪声整形技术、 Σ-Δ调制的数字D类功率放大器,并进行了建模仿真。仿真结果表明,设计的Σ-Δ调制数 字 功率放大器输出信噪比高,开关损耗小,整个系统工作频率低。Σ-Δ调制新型数字功率放 大器可以用低端硬件方便实现,有很好的应用价值。     

一种高精度Σ-ΔA/D转换器的数字滤波器设计

本文设计并实现了一种适用于高精度Σ-ΔADC的低资源数字滤波器。该滤波器采用多级多采样率结构,由级联梳妆滤波器(CIC)、FIR补偿滤波器以及半带滤波器级联组成。此外,为节约资源,采用乘法器时分复用和CSD编码技术,以降低面积和功耗。基于SIMC 0.18um工艺,对电路进行仿真。仿真结果表明,工作频率6.144MHz,带宽20KHz时,可以实现128倍信号抽取,输出信号信噪比可达16位以上。与同类型抽取滤波器相比,本设计具有高精度、低功耗的优点。     

0.18μm CMOS Σ-Δ ADC用数字抽取滤波器设计

采用标准0.18μm CMOS工艺,设计了一种应用于UHF RFIDΣ-Δ模数转换器的数字抽取滤波器,并完成其前后仿真、逻辑综合、布局布线及版图实现等全流程.该滤波器主要实现滤波和降采样功能,由梳状滤波器、补偿滤波器和半带滤波器级联组成.合理选择各级滤波器的结构、阶数并采用规范符号编码(CSD)对其系数进行优化.仿真结果表明:采样频率为64MHz,过采样率为32的二阶Σ-Δ调制器的输出1位码流经过该滤波器滤波后,信噪比达到53.8dB;在1.8V工作电压下,功耗约为15mW.版图尺寸0.45mm×0.45mm,能够满足RFID中模数转换器的要求.     

一种Σ-Δ A/D转换器抽取滤波器的设计

设计了一种Σ-ΔA/D转换器中的数字抽取滤波器。该滤波器应用于音频范围,采用多级多采样率的结构,由梳状滤波器、补偿滤波器以及两个半带滤波器组成。滤波器系数用标准符号编码实现,减少了乘法单元的使用。采用Simulink模拟过采样128倍的4位调制器输出;用Verilog编写用于测试的滤波器代码。在Matlab中分析滤波器输出码流,得到的信噪比为101 dB,能够满足高端音频A/D转换器的要求。     

信号的低比特位数表示:一种新颖低比特位数的Σ-Δ调制器

通过设计一种新的噪声整形滤波器,本文提出了一种新颖的Σ-Δ调制器结构,可用于实现用较低比特位数的数字信号表示较高比特位数的输入信号.该调制器与传统的Σ-Δ调制器相比,其输出数字信号比特位数(或动态范围)降低了许多.理论推导分析和仿真对比的结果表明,在量化噪声整形和噪声频谱上,该调制器的各项性能有了很大的提高,而且证明了这类调制器是稳定的.     

一种基于Σ-Δ的信号调制系统设计

给出一种可用于信号功率放大设备,基于Σ-Δ调制方式的信号调制系统的设计方法。此系统首先将信号通过插值滤波器,利用过采样技术减少频带内的量化噪声,再将信号通过Σ-Δ调制器,利用噪声整形技术把频带里的量化噪声推向高频,并利用低通滤波器滤除,得到高信噪比的1-bit数字流。将此系统采用Simulink仿真建模,结果表明,基带内信噪比可达90 d B,在工程上具有一定应用价值。     

一种LFSR加抖的三阶Σ-Δ调制器设计

基于一款小数频率合成器的设计要求,采用三阶MASH1-1-1结构设计了一种全数字三阶Σ-Δ调制器,并针对调制器输出的周期性难以消除的问题,在累加器的进位输入端口进行了LFSR加抖。使用MATLAB对三阶Σ-Δ调制器进行了仿真,结果表明,经过MASH1-1-1三阶Σ-Δ调制器整形后的量化噪声被推到频率高端,环路带宽内基本不存在小数分频产生的量化噪声,从而有效地提高了锁相环的性能。     

一种单环Δ-Σ调制器的全数字实现

针对无线人体局域网(WBAN),采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,对3阶单环结构Δ-Σ调制器进行了优化设计和全数字实现。实验结果表明,在Δ-Σ调制器中使用Qn方法实现对浮点小数的定点化,优化后的结构能够在运算精度、器件尺寸及功耗上达到平衡。该研究工作可以为实现全数字小数锁相环提供重要的理论及设计参考。     

Σ-ΔA/D转换技术及仿真

Σ－ΔＡ／Ｄ转换技术近年来颇受重视，因为基于该技术的Ａ／Ｄ转换器能达到很高的分辨率（１６ｂｉｔ以上），并另具一系列优点。本文对Σ－ΔＡ／Ｄ转换器的基本原理，包括过采样（Ｏｖｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ），噪声成形（ＮｏｉｓｅＳｈａｐｉｎｇ），以及数字抽取滤波（ＤｉｇｉｔａｌＤｅｃｉｍａｔｉｏｎＦｉｌｔｅｒｉｎｇ）等内容，均作了叙述。作者还对一个２０ｂｉｔΣ－Δ转换器的算法进行了计算机仿真。该转换器采用了高阶ＭＡＳＨ噪声成形技术，而其数字抽取滤波部分则由梳状滤波器与级联的半带滤波器构成。文章中给出了仿真结果。     

一种单环Δ-Σ调制器的全数字实现

针对无线人体局域网(WBAN),采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺,对3阶单环结构Δ-Σ调制器进行了优化设计和全数字实现。实验结果表明,在Δ-Σ调制器中使用Qn方法实现对浮点小数的定点化,优化后的结构能够在运算精度、器件尺寸及功耗上达到平衡。该研究工作可以为实现全数字小数锁相环提供重要的理论及设计参考。     

Σ-Δ模拟/数字转换器综述

Σ-ΔA/D转换器是利用速度换取精度的高精度模拟/数字转换器。文章分析了Σ-ΔA/D转换器的产生、组成和优势,重点介绍了Σ-Δ调制器结构及其性能指标,简要介绍了数字抽取滤波器。对Σ-ΔA/D转换器国内外发展状况进行了全面的分析。在此基础上,论述了Σ-ΔA/D转换器未来的发展趋势。     

用于微机械陀螺表头信号采集的∑-Δ ADC设计与实现

为实现微机械陀螺表头信号的高精度采集,采用基于过采样原理的∑-Δ模数转换器(ADC)作为模数信号转换单元是一种新的选择。为此设计了一种二阶带通连续时间的∑-ΔADC,该∑-ΔADC由二阶带通连续时间∑-Δ调制器和数字抽取滤波器组成。其中数字抽取滤波器通过两级抽取滤波实现,第一级是梳状滤波器(CIC),第二级是有限冲击响应(FIR)补偿滤波器。通过Matlab/Simulink建模仿真和电路实验验证了所设计的∑-ΔADC能对简化的微机械陀螺表头信号进行有效采集,仿真得到带内信噪比约为104dB;经电路实验测得带内信噪比约为87dB。     

一种稳定的高阶Σ-Δ模/数转换器

文章提出了一种稳定的高阶Σ-Δ模数转换器的设计方法.结合实例,简要说明了多级数字抽取滤波器的设计, 并讨论了调制器基带内零点优化的方法.设计的Σ-Δ A/D转换器可以满足无线通信应用中大动态范围A/D转换的要求.     

一种消除失调电压的增量型Σ-Δ调制器

基于增量型Σ-Δ调制器理论,利用Matlab的Simulink仿真工具,建立了考虑非理想因素的3阶前馈式增量型Σ-Δ调制器系统模型,并进行了仿真。仿真结果显示,信号噪声比达到98.2 dB,有效输出位达到16.02位。引入消除失调电压的技术后,基于宏力半导体0.18 μm标准CMOS工艺,对3阶前馈式增量型Σ-Δ调制器进行电路和版图设计,Spice后仿真结果显示,信号噪声比达到92.79 dB,有效输出位达到15.12位。     

Σ-ΔADC原理及应用

Σ-ΔADC近年来得到了广泛的应用.文中分析了Σ-ΔADC的结构组成,从过采样、噪声整型、数字滤波和抽取等方面,阐述其工作原理,并简要介绍了Σ-ΔADC在实际工程中的应用.