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非制冷红外焦平面阵列片上Sigma-Delta数字滤波器设计研究

潘桃莉  
【摘要】:近年来,非制冷红外焦平面阵列在军用和民用领域越来越具有市场潜力,同时成像系统从多功能模块集成向单片集成发展,因此片上集成ADC成为研究热点。片上集成ADC不仅可以简化接口,还可以直接输出数字信号,避免模拟干扰,从而提高系统性能。 本文选择Sigma-Delta ADC作为片上ADC的结构,重点研究其中的数字滤波器的设计。通过优化设计,降低数字滤波器的面积和功耗,进而提高ADC的性能。 本文针对2-1级联Sigma-Delta调制器,设计了数字滤波器。其主要设计要求包括:通带截止频率20 KHz,最大通带波纹0.001 dB,最小阻带衰减85 dB,输出位宽14 bit,输入速率5.6448 MHz,输出速率44.1 KHz,降采样率128倍。设计中采用Matlab、Synplify、Quartus II、Modelsim等自动化设计软件联合设计,简化了设计过程的迭代;滤波器的实现采用多级级联方式,在保证性能的前提下,减小硬件开销;在系统整合过程中,对设计进一步优化以增强系统的鲁棒性。 设计经过Matlab系统级设计与仿真验证,确定硬件结构;用Verilog硬件描述语言进行设计,经过Synplify、Quartus II编译综合,最终得到寄存器传输级实现以及门级映射;最后使用Matlab、Modelsim对整个系统联合测试验证。测试结果表明,数字滤波器最大通带纹波0.0009 dB,最小阻带衰减85.21 dB,达到了设计要求。


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