一种16位sigma-delta adc中抽取滤波器的研究与设计

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1、多妻未交硕士学位论文一种16位Sigma．DeltaADC中抽取滤波器的研究与设计ResearchandDesignofDecimationFilterin16一bitSigma-DeltaADC作者：程成导师：李哲英教授北京交通大学2014年4月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：穆瓠

2、签字日期：)口1年年干月密日导师签名：签字日期：瑚牟年4月2日中图分类号：TN4UDC：621．3j匕学校代码：10004密级：公开京交通大昂父迥火硕士学位论文、、，．r二，--4--J一种16位Sigma—DeltaADC中抽取滤波器的研究与设计ResearchandDesignofDecimationFilterin16--bitSigma··DeltaADC作者姓名：程成导师姓名：李哲英学位类别：工学学号：11120026职称：教授学位级别：硕士学科专业：微电子学与固体电子学研究方向：混合信号IC设计北京交通大学2014年4月致谢本论文的工作是在李哲英教授、骆丽教授的悉心指导下完

3、成的，李哲英教授、骆丽教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来李哲英、骆丽两位老师对我的关心和指导。李哲英教授、骆丽教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向李哲英老师、骆丽老师表示衷心的谢意。李哲英教授、骆丽教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，张圣义、张鑫等同学对我论文中的滤波器研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的母亲，她的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要随着集成电路产业的发展，ADC模数转换

4、器正朝着高速、高精度，低功耗的方向发展。Sigma．DeltaADC作为超高精度模数转换器的代表，依托数字音频得到了长足地发展。Sigma．DeltaADC采用过采样技术和量化噪声整形技术，可以达到很高的信噪比，并且可以实现超高精度输出。Sigma—DeltaADC主要由模拟调制器和数字抽取滤波器两部分组成。本文的目的是设计完成一款带宽20KHz，精度为16bit，输出频率为44KHz的Sigma．Delta数字抽取滤波器。该滤波器由多级梳状滤波器与半带滤波器级联组成，能够有效滤除模拟调制器输出的高频噪声。本文的主要内容包括：1、首先讨论了A／D转换器的基本原理，其中包括ADC采样保持

5、，量化编码的介绍。同时从功能、精度等方面，横向比较了不同类型的ADC。接下来重点介绍了Sigma—DeltaADC的工作原理与整体结构。Sigma-DeltaADC由模拟调制器与数字抽取滤波器组成。本文对这两个模块均进行了详细说明，并且介绍了过采样技术与量化噪声整形技术的原理。接下来分别介绍了Sigma—DeltaADC的技术指标，包括ADC的静态特性参数和动态特性参数。2、分析设计要求，并且提出设计方案。通过MATLAB进行系统仿真，确定本设计采用梳状滤波器与半带滤波器级联的结构。利用Sigma．Delta设计工具包进行系统仿真，为了满足系统128倍降频的需求，最终确定采用4阶5级非

6、递归结构梳状滤波器完成32倍降采样，采用2级半带滤波器完成剩余的降频。通过仿真，可以得到数字抽取滤波器满足系统要求，最终输出精度为16bit。3、利用Matlab仿真得出的滤波器参数，设计各级子模块的RTL代码。其中包括时钟分频模块，级联梳状滤波器模块，级联半带滤波器模块，输出精度截取模块的设计。在RTL代码编写时，考虑了对时序的优化，最终完成RTL顶层连接。接下来，利用业界主流的UVM验证方法学，搭建可复用的验证平台。采用Matlab模型作为黄金参考模型，对数字抽取滤波器的RTL进行了充分的验证。验证结果表明，RTL功能正确。同时采用随机化激励，对RTL的功能覆盖率和代码覆盖率进行了

7、分析。至此，数字抽取滤波器的RTL设计工作完成。4、利用DC工具完成芯片代码综合，产生网表供后端使用。本设计后端流程采用上华CSMC0．5pm混合信号工艺。最终利用Encounter自动布局布线，完成芯片版图设计。关键词：Sigma-DeltaADC；模数转换器；调制器；数字抽取滤波器；过采样；量化噪声整形，UVM验证方法学分类号：TN4ABSTRACTWiththedevelopmentofintegratedcircuits，ADCsare