【摘 要】
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在现代语音通信系统中,为了远距离、高保真传输语音信号,需要通过语音编码来实现模拟信号到数字信号的转换。脉冲编码调制（Pulse Code Modulation,PCM）技术可以将不同语音格式转换为中间编码,在语音编解码中得到了广泛应用。随着集成电路技术不断提高,PCM编解码芯片向高性能、小型化方向发展。在PCM编解码芯片中,滤波器的性能直接决定芯片对信号的处理能力,因此迫切需要研发易于集成的高性能
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在现代语音通信系统中,为了远距离、高保真传输语音信号,需要通过语音编码来实现模拟信号到数字信号的转换。脉冲编码调制（Pulse Code Modulation,PCM）技术可以将不同语音格式转换为中间编码,在语音编解码中得到了广泛应用。随着集成电路技术不断提高,PCM编解码芯片向高性能、小型化方向发展。在PCM编解码芯片中,滤波器的性能直接决定芯片对信号的处理能力,因此迫切需要研发易于集成的高性能滤波器。本文通过对PCM编解码系统分析,特别是PCM编解码芯片对滤波性能需求的研究,经过方案论证提出了一组易于集成的高性能滤波器设计方案,包括低通开关电容滤波器、高通开关电容滤波器和连续时间滤波器。开关电容电路具有精度高、面积小、易于集成等优点,本文采用两种方法分别完成了高性能低通开关电容滤波器和高通开关电容滤波器的设计。基于原型RLC滤波器实现信号流图的推导,利用通用积分器实现信号流图,完成了高性能五阶椭圆函数低通滤波器的设计。采用级联法设计了基于二阶双四结构的高通滤波器,其中每级电路可独立设计,简化了电路结构。采用二阶巴特沃斯逼近,完成了 PCM编解码芯片中连续时间滤波器设计。为了解决元器件参数变化降低滤波器性能的问题,本文采用梯形法设计低通开关电容滤波器,降低了滤波器响应对元器件参数变化的敏感度。针对传统滤波器设计中存在极点偏移的问题,本文对滤波器结构进行了优化,采用全差分结构减小谐波失真、提高电路抗干扰能力。为了消除寄生电容产生的影响,本文采用对寄生电容不敏感的积分器结构,进一步提高了滤波器性能。为了减小开关电容电路中MOS开关的电荷注入和时钟馈通等非理想因素产生的影响,本文设计了两相不交叠时钟控制开关时序,改善了电路性能。为了验证高性能滤波器改进技术、设计方法、技术指标的正确性,本文基于0.5μm的CMOS工艺,利用Cadence中Spectre仿真工具对PCM编解码芯片中的滤波器进行了模拟仿真。仿真结果表明:低通滤波器的截止频率为3.4kHz,通带纹波低至0.6dB,在4kHz频率处阻带衰减达到14.7dB,在4.6kHz频率处衰减可达到36dB;高通滤波器的截止频率为200Hz,通带纹波为0.5dB,在50Hz频率处阻带衰减达到28.5dB,在60Hz频率处衰减达到25.3dB,达到了高性能滤波器的设计要求。
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