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Sigma-Delta模数转换器(ADC)主要由Sigma-Delta调制器和滤波器组成,相比于传统的ADC,其最主要的优势在于不需要复杂的模拟电路结构,使其成本可以持续下降,同时其数字化特性使之可以集成到其它的数字芯片中,因此,Sigma-Delta ADC在数字信号处理领域内得到了广泛应用。本文首先对输入带宽为20 KHz的适用于VoIP芯片的14位三阶Sigma-Delta调制器进行了研究。选用1-1-1级联结构设计调制器,在MATLAB中建立了调制器的模型。对各个积分器进行了仿真,讨论并调节了各个模块的系数,以确定积分器的输出没有过载。对三阶Sigma-Delta调制器各级的输出进行了处理。通过对离散信号Z域的变换,推导了各级输出的表达式,设计了量化噪声抵消电路,合并了各级的输出,对整个系统进行了行为级仿真。结果表明,信噪比大于86dB,精度为14,基本满足设计要求。接着对Sigma-Dleta调制器输出信号的后处理方法进行了研究。Sigma-Dleta调制器的结构近似于双斜率ADC,包括1个积分器和1个比较器,以及1个一位数模转换器的反馈环。这个内置的数模转换器仅仅是一个开关,它将积分器输入切换到一个正或负参考电压。Sigma-Delta调制器以极高的抽样频率对输入模拟信号进行抽样,并对两个抽样之间的差值进行低位量化,从而得到用低位数码表示的数字信号,即Sigma-Delta码。然后将该码送到数字抽取滤波器进行抽取滤波,得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。这个抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器。信号送入Sigma-Delta ADC后被以非常低的分辨率(1位)进行量化,但采样频率却非常高。经过数字滤波处理后,这种过采样被降低到一个比较低的采样率,同时ADC的分辨率被提高。本文设计了多级降采样滤波器来降低Sigma-Delta调制器输出的高频信号。对级联积分滤波器(CIC)的频率特性进行了分析,选择了适当的结构与阶数,实现对输入信号的采样频率下降16倍、衰减了高频处的量化噪声。利用半带滤波器的特性,把它作为第二级降采样滤波器,分别用Kaiser窗法和最佳一致逼近法设计了半带滤波器。对两种方法所设计的滤波器分别进行了仿真,经过性能比较选择了最佳一致逼近法来设计半带滤波器。另外,考虑到CIC在通带频率内对有用信号的衰减比较大,设计了补偿滤波器进行补偿处理,并且实现了降采样2倍。对整体滤波器进行系统级仿真的结果显示,通带截止频率为20 KHz,通带波纹为0.005dB,阻带衰减93.4 dB,降采样率为64,满足了设计要求。