一種16位Sigma-Delta ADC中抽取濾波器的研究與設計.pdf

1、隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器正朝著高速、高精度，低功耗的方向發(fā)展。Sigma-Delta ADC作為超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的代表，依托數(shù)字音頻得到了長足地發(fā)展。Sigma-Delta ADC采用過采樣技術(shù)和量化噪聲整形技術(shù)，可以達到很高的信噪比，并且可以實現(xiàn)超高精度輸出。Sigma-Delta ADC主要由模擬調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器兩部分組成。本文的目的是設計完成一款帶寬20KHz，精度為16bit，輸出頻率為44KHz的Sig

2、ma-Delta數(shù)字抽取濾波器。該濾波器由多級梳狀濾波器與半帶濾波器級聯(lián)組成，能夠有效濾除模擬調(diào)制器輸出的高頻噪聲。本文的主要內(nèi)容包括:
　　1、首先討論了A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理，其中包括ADC采樣保持，量化編碼的介紹。同時從功能、精度等方面，橫向比較了不同類型的ADC。接下來重點介紹了Sigma-Delta ADC的工作原理與整體結(jié)構(gòu)。Sigma-Delta ADC由模擬調(diào)制器與數(shù)字抽取濾波器組成。本文對這兩個模塊均進行了詳細說

3、明，并且介紹了過采樣技術(shù)與量化噪聲整形技術(shù)的原理。接下來分別介紹了Sigma-Delta ADC的技術(shù)指標，包括ADC的靜態(tài)特性參數(shù)和動態(tài)特性參數(shù)。
　　2、分析設計要求，并且提出設計方案。通過MATLAB進行系統(tǒng)仿真，確定本設計采用梳狀濾波器與半帶濾波器級聯(lián)的結(jié)構(gòu)。利用Sigma-Delta設計工具包進行系統(tǒng)仿真，為了滿足系統(tǒng)128倍降頻的需求，最終確定采用4階5級非遞歸結(jié)構(gòu)梳狀濾波器完成32倍降采樣，采用2級半帶濾波器完成剩余

4、的降頻。通過仿真，可以得到數(shù)字抽取濾波器滿足系統(tǒng)要求，最終輸出精度為16bit。
　　3、利用Matlab仿真得出的濾波器參數(shù)，設計各級子模塊的RTL代碼。其中包括時鐘分頻模塊，級聯(lián)梳狀濾波器模塊，級聯(lián)半帶濾波器模塊，輸出精度截取模塊的設計。在RTL代碼編寫時，考慮了對時序的優(yōu)化，最終完成RTL頂層連接。接下來，利用業(yè)界主流的UVM驗證方法學，搭建可復用的驗證平臺。采用Matlab模型作為黃金參考模型，對數(shù)字抽取濾波器的RTL進行