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Σ-△ ADC数字抽取滤波模块的设计研究

作　者: 方利
导　师: 戴庆元
学　校: 上海交通大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 模数转换器 Sigma-Delta 过采样 滤波器 抽取滤波
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


∑-△A/D转换器基于高分辨率、良好的线性度和容易与数字系统集成的优势,广泛应用于音频和电子测量领域。而作为∑-△A/D转换器必不可少的重要组成部分的数字抽取滤波模块,是设计高性能∑-△A/D转换器的关键。基于∑-△A/D转换器的基本原理与结构,本文广泛深入地研究了数字抽取滤波器的设计方法,提出了五级多采样速率的数字抽取滤波器系统架构:级联积分梳状滤波器+CIC补偿滤波器+两级半带抽取滤波器+直流补偿滤波器。本设计采用CSD编码、MAG优化、RAG优化、分布式算法和同步流水线技术对抽取滤波模块作优化,进一步简化功能结构,提升抽取滤波运算效率,提升系统工作速度,改善系统整体性能,并减少实现电路所需的硬件资源。本文所设计的数字抽取滤波模块可实现的分辨率为18-bits,降采样率256倍,信号带宽44kHz,动态范围98dB,信噪比96dB,通带波纹0.05dB。整个设计经过高效低成本的FPGA仿真验证和Simulink行为级验证,实现了抽取滤波运算速度、功耗和硬件资源的均衡,功能和性能都符合设计预期指标。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题研究背景和意义  10-11
  1.2 发展、研究现状  11-13
  1.3 本文主要研究工作  13-14
第二章 ADC基本原理与结构  14-33
  2.1 ADC的基本原理  14-17
    2.1.1 采样与保持  14-16
    2.1.2 量化与编码  16-17
  2.2 ADC的性能指标  17-22
    2.2.1 分辨率  18
    2.2.2 量化误差  18-19
    2.2.3 信噪比  19-20
    2.2.4 动态范围  20
    2.2.5 有效位数  20
    2.2.6 失调误差  20-21
    2.2.7 增益误差  21-22
    2.2.8 转换时间  22
  2.3 ADC的主要类型  22-32
    2.3.1 奈奎斯特A/D转换器  22-27
      2.3.1.1 集成A/D转换器  22-23
      2.3.1.2 逐次逼近A/D转换器  23-24
      2.3.1.3 并联A/D转换器  24-25
      2.3.1.4 两级A/D转换器  25-26
      2.3.1.5 流水线A/D转换器  26-27
    2.3.2 ∑-△ A/D转换器  27-32
      2.3.2.1 过采样  29-30
      2.3.2.2 噪声整形  30-31
      2.3.2.3 数字抽取滤波  31-32
  2.4 主要ADC的比较  32
  2.5 小结  32-33
第三章 数字抽取滤波  33-50
  3.1 数字滤波  33-47
    3.1.1 FIR数字滤波器  36-41
      3.1.1.1 FIR滤波器特点  36-37
      3.1.1.2 FIR滤波器基本结构  37-38
      3.1.1.3 线性相位FIR滤波器  38-39
      3.1.1.4 FIR滤波器设计方法  39-41
    3.1.2 IIR数字滤波器  41-46
      3.1.2.1 IIR滤波器特点  41
      3.1.2.2 IIR滤波器基本结构  41-45
      3.1.2.3 IIR滤波器设计方法  45-46
    3.1.3 滤波器的转置  46-47
  3.2 数字抽取  47-49
    3.2.1 Nobel恒等变换  48
    3.2.2 多相分解技术  48-49
  3.3 小结  49-50
第四章 设计实现  50-75
  4.1 级联积分梳状滤波器CIC FILTER  50-57
    4.1.1 积分梳状滤波器的幅频特性  51-52
    4.1.2 积分梳状滤波器的基本结构  52-53
    4.1.3 级联积分梳状滤波器  53-54
    4.1.4 CIC滤波器的设计  54-57
  4.2 FIR低通抽取滤波器  57-60
  4.3 半带滤波器  60-62
  4.4 补偿滤波器  62-66
    4.4.1 DC补偿滤波器  62-64
    4.4.2 CIC通带滚降补偿滤波器  64-66
  4.5 滤波器设计优化  66-73
    4.5.1 CSD编码  67
    4.5.2 MAG优化  67-68
    4.5.3 RAG优化  68-69
    4.5.4 DA算法  69-72
    4.5.5 流水线结构  72
    4.5.6 时分复用技术  72-73
  4.6 小结  73-75
第五章 系统仿真与验证  75-82
  5.1 系统仿真  75-78
  5.2 行为级验证  78-82
第六章 总结与展望  82-84
  6.1 主要结论  82-83
  6.2 研究展望  83-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  88

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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