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随着生物医疗、高保真音频以及智能仪器等各领域对信号采集精度的要求越来越高,Sigma-Delta ADC作为一类高精度的模数转换器,得到了广泛的应用。Sigma-Delta ADC主要由模拟调制器和数字滤波器两部分组成。其中模拟调制器主要通过过采样和噪声整形技术,将带内噪声搬移到带宽外,从而实现了较高的信噪比。数字滤波器主要负责将信号带宽外的噪声滤除,并对调制后的信号进行降采样,以减小数据的存储量,以及后级电路对数据处理的工作量。提高Sigma-Delta ADC精度的方式主要可以通过提高过采样率和增加调制器阶数来实现,但这将会增加模拟调制器的设计难度,更对数字滤波器的设计提出了更高的要求。这是由于数字滤波器往往占据了芯片的主要面积和功耗,它不但需要考虑在滤除噪声的同时实现滤波器的良好性能,而且需要考虑过高降采样率以及精度要求对面积和功耗所带来的压力。本文基于对Sigma-Delta ADC以及数字滤波器工作原理的深入分析,研究了适用于高降采样率的数字滤波器整体结构。通过对CIC滤波器递归结构和非递归结构功耗与面积的分析,采用了将两者进行相结合的方式来优化功耗和面积。针对CIC滤波器通带衰减和折叠带混叠的问题,分别采用了基于正弦补偿和增加折叠带零点思想的补偿滤波器进行补偿,最终使得通带衰减从1dB下降到0.05dB左右,折叠带的衰减从-99dB下降到-142dB左右,实现了较好的通带补偿和混叠抑制。在硬件实现上,通过将补偿滤波器与CIC滤波器相结合,并进行部分结构多相处理,进一步降低电路的工作频率,节省功耗。考虑到半带滤波器系数对称以及接近一半为零的特点,本文采用了半带滤波器作为最后一级,并介绍了CSD编码和乘法器时分复用两种实现方法。在三阶CIFB结构模拟调制器的基础上,对所设计的数字滤波器分别进行Simulink仿真和RTL级代码仿真验证。最终所设计的滤波器实现了良好的带外噪声滤除以及512倍降采样。通过频谱分析,带内信噪失真比为113.4dB的模拟调制器输出,经过数字滤波器带外噪声滤除后,信噪失真比仍然达到了109.9dB,有效位数为18位,实现了良好的滤波性能。最后,采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,对所设计的滤波器进行了后端版图设计,版图面积为0.152mm~2。