一种低功耗64倍降采样多级数字抽取滤波器设计

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1、第10卷，第8期电子与封装总第88期Vo1．10，No．8ELECTR0NICS&PACKAGING2010年8月屯路设计一种低功耗64倍降采样多级数字抽取滤波器设计梅海军，吴金，聂卫东，一，张怡，李晓蒙(1．无锡市晶源微电子有限公司，江苏无锡214028；2．东南大学无锡分校，江苏无锡214000；3．江南大学信息学院，江苏无锡214035)摘要：经典多级结构的数字抽取滤波器占用系统大量的功耗与面积资源，文章设计的改进型64倍降采样数字抽取滤波器采用由级联积分梳状滤波器、补偿FIR滤波器和半带滤波器组成，在保持∑一AADC转换精度的约束下，实现了最大程度降低系统功耗与面积的设计目标。在多级

2、级联积分梳状(CIC)滤波器的设计中，充分运用置换原则以优化各级级数并采用非递归结构实现方式，同时将多相结构运用到补偿滤波器与半带滤波器中，获得电路功耗与面积的明显降低。将∑．△调制器输出信号作为测试激励，通过Matlab系统仿真、FPGA验证与FFT信号分析，得到的输出数据信噪比达到15bit有效位数精度，且系统速度满足要求。关键词：CIC滤波器；降采样；功耗；信噪比中图分类号：TN713文献标识码：A文章编号：16811070(2010)08．0021．06ALowPower64FoldDown--samplingMulti-·stageDigitalFilterDesignM_E1Ha

3、i-jun，WUJin2，NIEWei-dong．一，ZHANGYi，LIXiao-meng2(1．WuxiCrystalSourceMicroElectronicsCo．，Ltd,Wuxi214028，China；2．WuxiBranchofSoutheastUniversity，Wuxi214000，China；3．Schoolinformation，JiangnanUniversity，Wuxi214035，China)Abstract：AdigitalfilterusedinsigmadeltaADCisdesignedinthisthesis．Itadoptsmulti—stage

4、structure．andiscomposedofCICfilter，compensationfilterandhaltbandfilter．Meanwhile，commutativerulesarefullyusedandcombedfilterhasalsousedmulti—stagestructure．Itisimplementedbynon-recursivestructuretomoregreatlyreduceareaandpowerconsumption，comparedtoclassicalone．Polyphasestructureisusedbycompen—satio

5、nandhalfbandfiltertofurtherreducepowerconsumption．Outputofsigmadeltamodulatorisusedasthetestinputofdigtalfilter．ItmeetsSNRrequirementsafterMatlabsystemsimulation，FPGAverificationandFFTanalysis．Keywords：CICfilter；powerconsumption；SNRindexterm过采样与高阶闭环负反馈控制实现的噪声整形技术，1引言将基带内的量化噪声搬移到高频段，而数字抽取滤波器则将带外高频段的

6、噪声加以滤除，同时将输出∑-△调制器与数字抽取滤波器是∑一AADC实频率降低到输入信号的奈奎斯特采样频率，最终实现16bit以上精度的关键电路模块。∑一△调制器依靠现对输入信号高精度的模数转换。收稿日期：2010．07．19．21．第10卷第8期电子与封装由于采用过采样技术，∑一AADC对输入信号量CIC性能的一个重要指标[5J，在Matlab下对抽取带宽有一定限制，比较适合低频信号的模数转换。因子为64、32、⋯、2的最小阻带衰减进行仿真，确以音频信号44kHz的奈奎斯特采样频率为例，在64定当抽取因子最大为16时，阻带衰减仍满足设计要倍的过采样率下，即输入采样频率为2．816MHz，4求

7、，继续增大抽取率导致性能下降，则最大抽取倍阶∑-△调制器可实现16bit的转换精度；输出PDM率为l6。信号经64倍降采样数字抽取滤波器的处理后恢复CIC滤波器的最大缺陷在于通带内的过多衰初始信号的奈奎斯特采样频率。为保持∑．△调制减，后面必须加一级补偿滤波器以确保补偿后的通器的精度性能，数字抽取滤波器的通带截止频率应带纹波仍满足指标要求，补偿滤波器同时还具备降为20kHz、阻带起始频率为24kHz、阻带衰减