一种用于Σ-Δ ADC的低功耗数字抽取滤波器

汪 杰，刘慧君，谢 亮，金湘亮



一种用于Σ-Δ ADC的低功耗数字抽取滤波器

汪 杰1,2，刘慧君1,2，谢 亮1,2，金湘亮1,2

（1. 湘潭大学 物理与光电工程学院，湖南 湘潭 411105；2. 微光电与系统集成湖南省工程实验室，湖南 湘潭 411105）

设计了一种适用于Σ-Δ ADC（模数转换器）的低功耗数字抽取滤波器。该数字抽取滤波器采用三级结构实现，分别是CIC滤波器、补偿滤波器和半带滤波器。在设计中，运用Noble恒等式原理、多相分解技术和CSD编码技术，初步降低了滤波器的功耗；根据补偿滤波器和半带滤波器长度的奇偶性和系数的对称性，提出一种奇偶优化法再次优化滤波器结构，进一步降低了整个滤波器的功耗，从而实现低功耗的目的。本设计基于110 nm CMOS工艺，在10MHz采样频率、5 kHz正弦输入信号频率和256倍降采样率的情况下进行仿真。后仿真结果表明，滤波器的信噪失真比(SNDR)为91.5 dB，无杂散动态范围(SFDR)为97.0 dB，有效位数(ENOB)达到14.91 bit。在1.5 V电源电压下，数字电路(带SPI)的面积约为0.31 mm×0.81 mm，总功耗仅为376 μW。

Σ-Δ ADC；低功耗；数字抽取滤波器；多相分解；系数对称；奇偶优化法

近几年来，在物联网(Internet of Things, IOT)、大数据(Big Data)、移动通信等技术迅猛发展的刺激下，高速高精度的模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)产品越来越受欢迎。Σ-Δ ADC凭借过采样和噪声整形两大技术，在高精度ADC中立于不败之地。Σ-Δ ADC由Σ-Δ调制器和数字抽取滤波器两部分组成，Σ-Δ调制器采用过采样技术，将带内噪声平均分布在整个频带内，然后模拟信号转化为高频低精度的比特流信号，同时采用噪声整形技术，在调制过程中将大部分的噪声能量搬移到高频带；……