过采样DAC中数字滤波器设计

摘要

随着信息技术的快速发展和VLSI技术的不断进步,数字信号处理技术得到了飞速发展.作为数字信号处理的基本方法之一,数字滤波拥有精度高、灵活性大和易于大规模集成等诸多优点,其应用领域日益拓展,成为人们广泛关注的研究热点. 本文从过采样DAC芯片中的数字插值滤波器入手,深入讨论了FIR数字滤波器的线性相位理论及设计方法,重点研究了如何利用VLSI技术高效地实现2倍插值滤波器的问题. 文中首先讨论了数字信号处理中的采样率转换技术及其在A/D和D/A中的应用,重点分析了2倍插值滤波器在D/A转换器中的作用;紧接着比较了线性相位FIR数字滤波器的三种常用设计方法,完成了相应的设计实例,并在此基础上利用最优等波纹法设计了2倍插值滤波器.考虑到在硬件实现时所固有的有限字长效应,还对所设计的滤波器系数进行了量化处理,并分析了量化对滤波器性能的影响. 文中重点研究了数字滤波器的VLSI实现问题:提出并优化了2倍插值滤波器的实现结构,全面探讨了常系数乘法器的设计与实现中的关键问题.文中所采用的滤波器优化结构以及滤波器系数的CSD编码,大幅度节省了滤波器的硬件开销;所采用的超前进位加法器与部分积的Wallace树压缩形式,有效提高了数字滤波器的运算速度;另外,出于实现可测试设计的考虑,增加了内建自测试电路,解决了芯片的测试问题. 最后,仿真结果验证了本文设计的2倍插值滤波器的正确性.

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致谢

第一章绪论

1.1数字信号处理技术及系统

1.1.1数字信号处理技术

1.1.2数字信号处理系统

1.2 A/D和D/A转换器中的数字处理技术

1.3数字滤波器

1.3.1数字滤波器及其分类

1.3.2 FIR滤波器和ⅡR滤波器的性能简要比较

1.4数字滤波器集成电路的可测性设计

1.5论文章节安排

第二章D/A中的采样率转换技术

2.1概述

2.2抽取和插值

2.2.1整数倍抽取

2.2.2整数倍插值

2.2.3抽取和插值的结合(分数倍采样率转换)

2.3 D/A转换器中的采样率转换技术

2.3.1 A/D转换器中的过采样技术

2.3.2 D/A转换器中的过采样技术

2.4小结

第三章数字半带滤波器设计

3.1 FIR数字滤波器的基本结构

3.2 FIR滤波器的线性相位理论及其结构形式

3.3 FIR滤波器的技术指标

3.4线性相位FIR滤波器设计

3.4.1窗函数法

3.4.2频率取样法

3.4.3最优等波纹法

3.5半带滤波器特点与设计

3.5.1半带滤波器的特点

3.5.2半带滤波器的设计

3.6有限字长效应及FIR滤波器系数的量化处理

3.6.1量化方式及误差

3.6.2 FIR滤波器系数量化及其影响

3.7小结

第四章半带滤波器的VLSI实现

4.1数字滤波器的实现方式

4.2半带滤波器的结构及优化

4.2.1半带滤波器结构

4.2.2半带滤波器结构的优化

4.3 14位超前进位加法器的设计与实现

4.4常系数乘法器的设计与实现

4.4.1常系数的CSD编码

4.4.2 CSD乘法器设计与实现

4.4.3乘法器的截断处理与校正

4.4.4乘法器中的流水线设计

4.5“零”填充电路设计

4.6数字滤波器的内建自测试电路设计

4.6.1内建自测试理论

4.6.2内建自测试电路的设计与实现

4.7数字滤波器的功能验证

4.8小结

第五章总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文