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∑-△方法是20世纪80年代兴起的一种高精度转换器实现方法,这种方法应用过采样和噪声整形原理,将信号频带内的量化噪声能量大大压缩,从而达到很高的信噪比,具有高精度、高线性和便于与数字系统集成的优点。国内在近10年才有这方面的研究,而且研究主要集中于音频领域(带宽20kHz),主要原因就是∑-△ADC由相对很小的模拟调制部分和占将近百分之九十的数字滤波部分(降采样滤波器)组成,降采样滤波器在系统级和电路级的设计都存在困难。
降采样滤波器是∑-△模数转换器中的重要组成部分,低精度、高采样频率的数字调制信号被转换成高精度、奈奎斯特频率采样的信号。本文的研究内容是一种带宽150kHz,精度16位的∑-△模数转换器中的降采样滤波器的设计和实现。本设计与传统音频领域的∑-△ADC应用相比很大程度地拓展了处理带宽,提高了处理精度,并且便于集成在SOC(System on Chip)芯片中,主要应用于医疗仪器、移动通信、过程控制和PDA(Personal Digital Assistants)等领域。
本文设计和实现了一个过采样率为128的降采样滤波器,应用于三阶CRFB(Cascade-of-Resonators,Feedback form)结构的∑-△调制器。该降采样滤波器包括:Sharpened CIC(Cascaded Integrator-Comb)滤波器、ISOP(Interpolated Second-Order Polynomials)滤波器和三个FIR半带滤波器。Sharpened CIC和ISOP滤波器同时实现了降采样和频率补偿两种功能,减小了硬件开销。FIR半带滤波器利用冲激响应的对称性,改善了滤波器的速率、功耗等性能,更重要的是减小了芯片面积。在降采样滤波器的RTL编码中,应用置换原则大大节省了芯片面积和功耗。
整个设计经过了Matlab系统仿真、Verilog HDL RTL级代码编写、Synopsys Design Compiler综合和用Synopsys VCS做综合后仿真,仿真结果表明本设计满足性能指标要求。