论文摘要
Sigma-Delta ADC是一种低速,高精度的过采样模数转换器,由于这类模数转换器可充分利用现代VLSI技术高速、高集成度的优点,又可以避免模拟元器件失配对传统Nyquist率ADC精度的限制,因此它已广泛的应用于信号采集和处理、数字通信、自动检测、自动控制和多媒体技术等领域。目前业界Sigma-Delta ADC最高实现精度已达到24位。在Sigma-Delta ADC中,尽管调制器部分决定了ADC的转换精度和转换速率,但整个芯片的面积和功耗却是由滤波器部分来决定的。本文对抽取滤波器的工作原理和设计技术进行了研究,并就如何优化电路结构,提高电路性能作了具体分析,采用多种技术以节省硬件开销和降低功耗。此外,在给定的过采样频率下,如果固定了滤波器的阶数和系数,那么也就固定了该ADC输入信号的带宽和最终输出精度,从而限定了其应用范围,造成了设计时间和资源上的浪费。基于以上考虑,本文以用于无线传感器网络节点芯片中的Sigma-Delta ADC为研究对象,提出了一种可变抽取率数字滤波器的设计方案。在本设计中,ADC过采样频率为4 MHz,其输入信号有四种不同的带宽:3 k、7 k、15 k、31 k。对于不同带宽的输入信号,通过外部的控制电路,对滤波器的阶数和系数进行选择,从而得到四种不同的输出精度:14 bit、12 bit、10 bit、8 bit。整个设计过程经历了Matlab系统级仿真,滤波器RTL级代码的编写,并用调制器的输出作为激励在Modelsim中完成了对代码的验证仿真,然后,采用华虹NEC 0.25μm工艺库进行了综合,并对综合后的滤波器门级网表进行了时序验证和功能验证,最后完成了布局布线,提交了电路版图。