高精度Σ-∆ADC中的数字抽取梳状滤波器设计

"梳状滤波器的设计在车载环视解决方案芯片ISL79985中扮演关键角色，常用于高速抽取和差值系统，常见于无线通信和Σ-∆ADC。梳状滤波器通过多级级联结构优化频率响应，其传递函数和频率响应公式分别为式(1)和式(2)。级联的梳状滤波器数量通常至少为L+1，以确保Σ-∆模拟调制器降频时有足够的噪声衰减。输出频率选择为奈奎斯特采样率的4倍，以平衡后级滤波器的复杂性和滤波效果。设计中还提到，数字抽取滤波器用于高精度Σ-∆ADC，由梳状滤波器、补偿滤波器和半带滤波器组成，优化设计可以降低功耗和缩小电路面积。" 梳状滤波器，全称为梳状抽样滤波器（CIC Filter），是数字信号处理领域中的一种特殊滤波器，尤其适用于高速抽取系统。其名称来源于其独特的频率响应图形，形似梳子，具有多个等间隔的零点。在Σ-∆模数转换器（Σ-∆ADC）中，梳状滤波器常被用来进行降采样操作，减少数据速率，同时保持信号质量。由于梳状滤波器自身在通带内存在衰减，所以通常会与补偿滤波器结合使用，以改善通带特性。 式(1)给出了梳状滤波器的传递函数，其中M表示降采样率，N表示级联的梳状滤波器个数。式(2)则展示了其频率响应，频率响应与M和N的关系表明了梳状滤波器的频率选择性。 在设计高精度Σ-∆ADC的数字抽取滤波器时，除了梳状滤波器，还需要考虑补偿滤波器和窄带有限冲击响应半带滤波器。这些组件协同工作，以实现理想的频率响应和噪声抑制。在给定的案例中，设计的数字抽取滤波器在21.77kHz处有±0.01dB的通带波纹，阻带衰减达到120dB，适合处理高精度ADC的输出码流，能提供超过102.8dB的信噪失真比，且功耗仅为49mW，面积紧凑，满足了高精度模数转换器的性能要求。 在实际应用中，过采样率（例如128倍）和调制器阶数（例如二阶）的选择对于Σ-∆ADC至关重要，它们影响着系统的噪声性能和滤波器设计。过采样可以提升系统的动态范围，而Σ-∆调制器的阶数决定了噪声整形的效果。通过数字抽取滤波器，可以将过采样率降低，同时保持良好的信号质量，降低系统功耗和复杂性。 梳状滤波器在车载环视解决方案芯片和高精度Σ-∆ADC设计中起着核心作用，通过合理的级联和参数优化，能够实现高效的信号处理，保证系统性能的同时，兼顾功耗和面积的限制。