一种高精度Σ-ΔA/D转换器的数字滤波器设计

郭书宏 刘云涛 杨璐

（哈尔滨工程大学信息与通信工程学院 黑龙江省哈尔滨市 150001）

Sigma-delta(Σ-Δ)ADC是一种基于噪声整形和过采样技术的高精度模数转换器，与逐次渐进型、flash型、双积分型等ADC相比，更容易达到更高的精度[1]。数字滤波器作为Σ-Δ ADC的重要组成部分，主要负责对调制器输出的高频信号进行解码和降采样处理，并滤除带外噪声，实现高精度数字信号的重构。

为实现高效低资源滤波，本文设计的数字滤波器采用多级多采样率结构，由级联梳妆滤波器（CIC）、FIR补偿滤波器以及半带滤波器（HF）级联组成。同时采用乘法器时分复用技术和CSD编码技术，降低面积和功耗，使设计具有精度高、功耗低的特点。

本文基于MATLAB分析仿真进行设计，并进行硬件实现仿真。

1 数字滤波器的结构设计

数字滤波器是Σ-ΔADC中面积最大，最复杂的器件，其主要功能是对调制器输出的低精度数字信号进行处理，输出高精度低速率的数字信号[2]。本次设计基于MATLAB进行设计，设计的数字滤波器系统框图如图1所示。

第一级使用CIC滤波器，其结构简单，不需要进行乘法运算，高降采样率的特点可以大幅降低后续电路复杂度[3]；第二级使用FIR滤波器对CIC滤波器的通带滚降进行补偿，同时进行二倍抽取；第三级使用半带滤波器滤除带外噪声并将输出频率降至奈奎斯特输出频率。各级滤波器的输入输出采样频率和降采样率如表1所示：

图1：滤波器系统框图

图2：CIC幅频特性

图3：1-CIC滤波器；2-Cascade滤波器；3-补偿滤波器

1.1 CIC滤波器

CIC滤波器是FIR滤波器中最优的一种,由一对或多对积分-梳妆滤波器级联组成。……