適用于Sigma-Delta ADC的多抽取率數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
王 堯，卜 剛
南京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 南京210000
摘要： 采用標(biāo)準(zhǔn)0.18 μm工藝，設(shè)計(jì)了一種能改變抽取率并且適應(yīng)不同信號(hào)帶寬的應(yīng)用于Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字抽取濾波器。該濾波器采用多級(jí)抽取，由級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器、補(bǔ)償濾波器和半帶濾波器組成。實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器抽取率可以在64、128、256、512中變化，并且補(bǔ)償濾波器和半帶濾波器的帶寬可調(diào)整。濾波器版圖尺寸0.6 mm×0.6 mm。在1.98 V工作電壓下，最大總功耗約為2 mW，最高信噪比達(dá)到110.5 dB。當(dāng)補(bǔ)償濾波器和半帶濾波器的通帶截止頻率根據(jù)帶寬選擇從最高降到最低時(shí)，可分別節(jié)省56%和39%的功耗；當(dāng)濾波器功耗降至最小69.63 μW時(shí)，所能處理的帶寬為390.6 Hz，信噪比為107.8 dB。
中圖分類號(hào)： TN492
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211706
中文引用格式： 王堯，卜剛. 適用于Sigma-Delta ADC的多抽取率數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(1)：89-93.
英文引用格式： Wang Yao，Bu Gang. Design of multi-decimation rate digital filter for sigma-delta ADC[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(1)：89-93.
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211706
中文引用格式： 王堯，卜剛. 適用于Sigma-Delta ADC的多抽取率數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(1)：89-93.
英文引用格式： Wang Yao，Bu Gang. Design of multi-decimation rate digital filter for sigma-delta ADC[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(1)：89-93.
Design of multi-decimation rate digital filter for sigma-delta ADC
Wang Yao，Bu Gang
College of Electronic Information Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210000，China
Abstract： Based on the standard 0.18 μm process, a digital decimation filter applied to the Sigma-Delta analog-to-digital converter is designed, which can change the decimation rate and adapt to different signal bandwidths. The filter adopts multi-stage decimation and consists of a cascaded integrator comb filter, a compensation filter and a half-band filter. The realized digital filter can be changed in the decimation rate of 64，128，256 and 512. Compensation filters and half-band filters of different bandwidths are also designed. The filter area is 0.6 mm×0.6 mm. Under 1.98 V working voltage, the total maximum power consumption is about 2 mW, and the highest signal-to-noise ratio reaches 110.5 dB. When the passband frequency of the compensation filter and the half-band filter is selected according to the bandwidth from the highest to the lowest, it can save 61% and 53% of the power consumption respectively; When the filter power consumption being the smallest 69.63 μW, the bandwidth that can be processed is 390.6 Hz, and the signal-to-noise ratio is 107.8 dB.
Key words : digital decimation filter；multiple decimation rate; low power consumption; multiple bandwidth
0 引言
現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，導(dǎo)致對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-To-Digital Converter，ADC)的需求越來越大，對(duì)其要求也越來越高。而Sigma-delta ADC作為實(shí)現(xiàn)高分辨率ADC的方案被業(yè)界所認(rèn)可。這種濾波器通過過采樣和噪聲整形技術(shù)提高信噪比，在調(diào)制器之后需要濾波器來降低采樣率并濾除帶外噪聲。采用多級(jí)結(jié)構(gòu)是業(yè)內(nèi)的常用做法，因?yàn)閱渭?jí)結(jié)構(gòu)的濾波器往往需要上千階，實(shí)現(xiàn)困難。本文采用多抽取率和多帶寬的濾波器結(jié)構(gòu)，意在讓其適用于多種輸入信號(hào)帶寬下多種轉(zhuǎn)換精度的要求。
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作者信息：
王 堯，卜 剛
(南京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 南京210000)
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