適用于Sigma-Delta ADC的多抽取率數字濾波器設計
2022年電子技術應用第1期
王 堯，卜 剛
南京航空航天大學 電子信息工程學院，江蘇 南京210000
摘要： 采用標準0.18 μm工藝，設計了一種能改變抽取率并且適應不同信號帶寬的應用于Sigma-Delta模數轉換器的數字抽取濾波器。該濾波器采用多級抽取，由級聯積分梳狀濾波器、補償濾波器和半帶濾波器組成。實現的數字濾波器抽取率可以在64、128、256、512中變化，并且補償濾波器和半帶濾波器的帶寬可調整。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，最高信噪比達到110.5 dB。當補償濾波器和半帶濾波器的通帶截止頻率根據帶寬選擇從最高降到最低時，可分別節省56%和39%的功耗；當濾波器功耗降至最小69.63 μW時，所能處理的帶寬為390.6 Hz，信噪比為107.8 dB。
中圖分類號： TN492
文獻標識碼： 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的多抽取率數字濾波器設計[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： 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的多抽取率數字濾波器設計[J].電子技術應用，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
現代信息技術飛速發展，導致對模數轉換器(Analog-To-Digital Converter，ADC)的需求越來越大，對其要求也越來越高。而Sigma-delta ADC作為實現高分辨率ADC的方案被業界所認可。這種濾波器通過過采樣和噪聲整形技術提高信噪比，在調制器之后需要濾波器來降低采樣率并濾除帶外噪聲。采用多級結構是業內的常用做法，因為單級結構的濾波器往往需要上千階，實現困難。本文采用多抽取率和多帶寬的濾波器結構，意在讓其適用于多種輸入信號帶寬下多種轉換精度的要求。
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作者信息：
王 堯，卜 剛
(南京航空航天大學 電子信息工程學院，江蘇 南京210000)
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