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非制冷红外焦平面阵列片上Sigma-Delta数字滤波器设计研究

作　者: 潘桃莉
导　师: 谢光忠
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 非制冷红外焦平面阵列读出电路 Sigma-Delta模数转换器数字滤波器
分类号: TN713.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
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内容摘要

近年来,非制冷红外焦平面阵列在军用和民用领域越来越具有市场潜力,同时成像系统从多功能模块集成向单片集成发展,因此片上集成ADC成为研究热点。片上集成ADC不仅可以简化接口,还可以直接输出数字信号,避免模拟干扰,从而提高系统性能。本文选择Sigma-Delta ADC作为片上ADC的结构,重点研究其中的数字滤波器的设计。通过优化设计,降低数字滤波器的面积和功耗,进而提高ADC的性能。本文针对2-1级联Sigma-Delta调制器,设计了数字滤波器。其主要设计要求包括:通带截止频率20 KHz,最大通带波纹0.001 dB,最小阻带衰减85 dB,输出位宽14 bit,输入速率5.6448 MHz,输出速率44.1 KHz,降采样率128倍。设计中采用Matlab、Synplify、Quartus II、Modelsim等自动化设计软件联合设计,简化了设计过程的迭代;滤波器的实现采用多级级联方式,在保证性能的前提下,减小硬件开销;在系统整合过程中,对设计进一步优化以增强系统的鲁棒性。设计经过Matlab系统级设计与仿真验证,确定硬件结构;用Verilog硬件描述语言进行设计,经过Synplify、Quartus II编译综合,最终得到寄存器传输级实现以及门级映射;最后使用Matlab、Modelsim对整个系统联合测试验证。测试结果表明,数字滤波器最大通带纹波0.0009 dB,最小阻带衰减85.21 dB,达到了设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 非制冷红外焦平面阵列概况  9-10
    1.1.1 国外研究情况  9
    1.1.2 国内研究情况  9-10
  1.2 非制冷红外焦平面阵列读出电路  10-11
  1.3 片上ADC 概况  11-13
    1.3.1 片上ADC 及其分类  11
    1.3.2 片上ADC 研究进展  11-12
    1.3.3 ADC 及其常用结构  12-13
  1.4 论文研究的内容及意义  13-15
第二章 Sigma-Delta 数字滤波器原理  15-29
  2.1 Sigma-Delta ADC 原理  15-18
    2.1.1 Sigma-Delta ADC 主要技术  15-17
    2.1.2 Sigma-Delta ADC 结构  17-18
  2.2 数字滤波器原理  18-27
    2.2.1 IIR 滤波器  19-22
    2.2.2 FIR 滤波器  22-27
  2.3 有限字长效应  27-28
  2.4 小结  28-29
第三章数字滤波器参数及结构确定  29-41
  3.1 数字滤波器参数确定  29-31
    3.1.1 通带、阻带频率范围确定  29
    3.1.2 输入、输出速率数值确定  29-30
    3.1.3 输出数据有效位宽确定  30-31
    3.1.4 通带纹波、阻带衰减确定  31
    3.1.5 数字滤波器参数汇总  31
  3.2 数字滤波器结构确定  31-40
    3.2.1 数字滤波器总体结构确定  31-33
    3.2.2 频率抽样滤波器结构确定  33-38
    3.2.3 FIR 低通滤波器结构确定  38-40
  3.3 小结  40-41
第四章数字滤波器系统级设计  41-49
  4.1 频率抽样滤波器系统级设计  41-44
    4.1.1 单级抽样滤波器系统级设计  41-43
    4.1.2 级联抽样滤波器系统级设计  43-44
  4.2 FIR 低通滤波器系统级设计  44-48
    4.2.1 第一级低通滤波器系统级设计  44-47
    4.2.2 第二级低通滤波器系统级设计  47-48
  4.3 小结  48-49
第五章数字滤波器综合实现  49-63
  5.1 频率抽样滤波器综合实现  49-53
    5.1.1 频率抽样滤波器位宽计算  49-51
    5.1.2 频率抽样滤波器RTL 实现  51-52
    5.1.3 频率抽样滤波器门级映射  52-53
  5.2 FIR 低通滤波器综合实现  53-60
    5.2.1 第一级低通滤波器RTL 实现  53-56
    5.2.2 第二级低通滤波器RTL 实现  56-58
    5.2.3 低通滤波器门级映射  58-60
  5.3 数字滤波器综合整合  60-62
  5.4 小结  62-63
第六章数字滤波器仿真测试  63-81
  6.1 数字滤波器系统级仿真  63-76
    6.1.1 频率抽样滤波器系统级仿真  63-67
    6.1.2 FIR 低通滤波器系统级仿真  67-72
    6.1.3 数字滤波器整体系统级仿真  72-76
  6.2 数字滤波器综合测试验证  76-80
    6.2.1 频率抽样滤波器溢出检测  76-77
    6.2.2 滤波器性能测试  77-79
    6.2.3 时钟延迟检测  79-80
  6.3 小结  80-81
第七章结论与展望  81-82
  7.1 结论  81
  7.2 展望  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
攻读硕士期间取得的研究成果  87-88

非制冷红外焦平面阵列片上Sigma-Delta数字滤波器设计研究

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