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電能計(jì)量芯片Sigma-Delta ADC降采樣濾波器設(shè)計(jì)(二)

作者: 時(shí)間:2013-10-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

3 補(bǔ)償濾波器的設(shè)計(jì)

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/174622.htm

從圖3 可以看出,CIC 濾波器幅頻特性曲線在通帶內(nèi)并不平坦,在通帶內(nèi)信號(hào)被衰減.為了克服這一缺點(diǎn),可加入補(bǔ)償濾波器,它的幅頻特性正好與CIC 濾波器相反,完成對(duì)頻率響應(yīng)的補(bǔ)償,從而擴(kuò)展了系統(tǒng)的頻率特性.

補(bǔ)償?shù)幕驹硎鞘雇◣?nèi)信號(hào)的衰減為零.補(bǔ)償濾波器的幅值響應(yīng)與(4)式相反。

當(dāng)R 足夠大時(shí),補(bǔ)償濾波器的響應(yīng)接近反SINC 函數(shù),因此補(bǔ)償濾波器也稱之為反SINC 濾波器.

補(bǔ)償濾波器一般可借助MATLAB 仿真,再與CIC濾波器級(jí)聯(lián)觀察補(bǔ)償后總的頻率響應(yīng)是否滿足系統(tǒng)要求,從而得出補(bǔ)償濾波器的參數(shù).圖5 為圖3 中CIC濾波器加入補(bǔ)償后的幅頻特性曲線圖.

在圖3 中,衰減點(diǎn)在1kHz 左右,而從圖5 中可以看出,加入補(bǔ)償濾波器后,衰減點(diǎn)出現(xiàn)在2. 5kHz 左右,因此,補(bǔ)償濾波器可以很好地克服由于CIC 濾波器在通帶內(nèi)幅值衰減的問題.

補(bǔ)償濾波器的采樣頻率為CIC 濾波器降采樣后的頻率( FS / R),為了避免頻率混疊,其截止頻率的最大值為采樣頻率的一半:FC = (FS / R) / 2.在實(shí)際應(yīng)用中,為了得到更加理想的頻率特性,截止頻率一般設(shè)定為采樣頻率的四分之一,即FC = (FS / R ) /4.

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及結(jié)論

本設(shè)計(jì)針對(duì)電能計(jì)量芯片.Sigma-Delta 的采樣頻率為1792kHz,數(shù)字電路工作時(shí)鐘為14kHz.CIC 濾波器的降采樣率R =64.根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)CIC 濾波器的階數(shù)比Sigma-Delta 調(diào)制器的階數(shù)高一階時(shí)可以達(dá)到較好的效果,因此,本CIC 濾波器設(shè)定為3 階,延遲因子為1.半帶濾波器采樣頻率為28kHz,通過MATLAB仿真,6 階通帶頻率為2. 5kHz 可以滿足系統(tǒng)要求.在實(shí)驗(yàn)過程中利用Verilog HDL 語言,HBF 采樣對(duì)稱結(jié)構(gòu)以及CSD 編碼,在CSMC 0. 18μm 工藝下綜合,得到面積與功耗如表1 所示.

5 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)根據(jù)電能計(jì)量芯片的要求,對(duì)Sigma-Delta降采樣濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).由于單級(jí)CIC 濾波器在實(shí)現(xiàn)高倍降采樣率時(shí)功耗大,效果不理想,因此,本設(shè)計(jì)對(duì)128 倍的降采樣進(jìn)行分級(jí)抽取,前級(jí)采用CIC 濾波器進(jìn)行64 倍抽取,后級(jí)采用半帶濾波器實(shí)現(xiàn)2 倍抽取.在HBF 的實(shí)現(xiàn)過程中采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)以及CSD 編碼,減少運(yùn)算過程中乘法的次數(shù)以及乘法運(yùn)算過程中移位相加次數(shù),降低了電路功耗.與傳統(tǒng)方法相比,經(jīng)優(yōu)化后,電路面積減少8% ,功耗降低15% .

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