音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器中梳狀濾波器的設(shè)計課件

1.首先學(xué)習(xí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理和相關(guān)知識。著重學(xué)習(xí)了其中的降采樣濾波器設(shè)計研究中的關(guān)鍵技術(shù)和步驟。并對有關(guān)論文進(jìn)行實時翻譯。2.根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計出滿足性能指標(biāo)的梳狀濾波器；并根據(jù)有關(guān)原則，盡量減少功耗和面積。具體使用MATLAB軟件仿真。3.用VerilogHDL語言編譯出梳狀濾波器的具體硬件描述，并用VCS工具仿真。隨后將VCS工具仿真結(jié)果與MATLAB仿真結(jié)果對比，觀察結(jié)果是否符合要求，并得到結(jié)論。1.首先學(xué)習(xí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理和相關(guān)知識。著重學(xué)習(xí)了Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理

Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器又稱為過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用增量編碼方式即根據(jù)前一量值與后一量值的差值的大小來進(jìn)行量化編碼。Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括模擬Sigma-Delta調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器。Sigma-Delta調(diào)制器主要完成信號抽樣及增量編碼，它給數(shù)字抽取濾波器提供增量編碼即Sigma-Delta碼；數(shù)字抽取濾波器完成對Sigma-Delta碼的抽取濾波，把增量編碼轉(zhuǎn)換成高分辨率的線性脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號。Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理S過采樣技術(shù)從頻域上分析ADC的采樣，模擬輸入信號的頻譜特性如圖1所示，fB是模擬輸入信號的最高頻率，當(dāng)模擬輸入信號被頻率為fS的采樣信號采樣時，得到了如圖所示的頻譜，從圖中可以看出，如果采樣信號頻率fS小于2fB，如圖2，頻譜開始混疊，此時是不可能恢復(fù)出原始信號的，這可以用采樣定理來解釋就是:為了從采樣信號中恢復(fù)出原始信號，采樣頻率必須至少是信號帶寬的兩倍。過采樣技術(shù)從頻域上分析ADC的采樣，模圖1fs>fB圖1fs>fB圖2fs<fB圖2fs<fB圖3不同采樣頻率下的量化噪聲分布圖3不同采樣頻率下的量化噪聲分布Sigma-Delta調(diào)制技術(shù)

Sigma-Delta調(diào)制實質(zhì)是對量化噪聲進(jìn)行整形。所謂噪聲整形是指調(diào)整量化噪聲的頻譜密度分布，使其在總量化噪聲不變的情況下盡可能減少其位于有用信號帶寬中的部分。Sigma-Delta調(diào)制技術(shù)Sigma噪聲整形技術(shù)圖4經(jīng)過Sigma-Delta調(diào)制器的量化噪聲譜噪聲整形技術(shù)圖4經(jīng)過Sigma-Delta調(diào)制器的量化噪聲設(shè)計指標(biāo)的確立本設(shè)計中Sigma-Delta調(diào)制器的過采樣是128，音頻信號帶寬選擇為24KHz，所以整個數(shù)字濾波器的輸入為一個6.144MHz的單比特數(shù)據(jù)流。數(shù)字濾波器的第一級如果用低通濾波來除去帶外噪聲，特別是當(dāng)降采樣比較高的時候，這種窄帶低通的硬件消耗會非常大。設(shè)計指標(biāo)的確立本設(shè)計中Sigma-De設(shè)計指標(biāo)的確立

而我們第一級采用了梳狀濾波器，這是因為在降采樣的過程中必須防止混疊現(xiàn)象的發(fā)生，即防止帶外噪聲通過采樣疊加到帶內(nèi)信號上，從而降低帶內(nèi)的信噪比。而且它的零點恰好都在其降采樣后頻率的整數(shù)倍上，正好抑制了帶外會產(chǎn)生混疊的頻帶部分，所以用梳狀來承擔(dān)主要的降采樣功能，是最為簡單有效地方法。設(shè)計指標(biāo)的確立而我們第一級采用了梳狀濾波梳狀濾波器的特點1.在實現(xiàn)中不需要乘法器電路。2.屬于整系數(shù)濾波器，不需要電路來存儲系數(shù)。3.通過在前面積分模塊和差分模塊之間的降頻，與具有相同濾波性能的其它FIR濾波器比較，減少了大量的存儲單元。梳狀濾波器的特點1.在實現(xiàn)中不需要乘法器電路。圖5梳狀濾波器的濾波作用圖5梳狀濾波器的濾波作用設(shè)計指標(biāo)的確立

由于梳狀濾波器在低頻響應(yīng)部分就會產(chǎn)生較為明顯的下滑，為了使之不影響音頻帶內(nèi)的信噪比，同時又盡可能利用梳狀濾波的特點進(jìn)行降采樣，因此本文選擇第一級降采樣后的頻率，即梳狀濾波器的第一個零點位置在4倍的Nyquist頻率為192KHz，梳狀濾波器的抽取率為M1=32

。設(shè)計指標(biāo)的確立由于梳狀濾波器在低頻響應(yīng)我們本課設(shè)計的Sigma-DeltaA/D調(diào)制器輸出在168~192KHz頻帶內(nèi)的噪聲低于-70dB，而通過FFT計算，調(diào)制器輸出信號的noisefloor大約在-140dB左右，所以對于梳狀濾波器要求在168KHz處的噪聲抑制能力約為-70dB。我們本課設(shè)計的Sigma-DeltaA圖6多級抽取實現(xiàn)數(shù)字濾波器框圖

圖6多級抽取實現(xiàn)數(shù)字濾波器框圖階數(shù)的確定

最簡單的梳狀濾波器由一個積分器、一個微分器和一個抽取單元組成，但這種結(jié)構(gòu)的阻帶衰減不夠，對于抽取因子，第一旁瓣最大的衰減為13.5dB，限制了它的應(yīng)用，在實際應(yīng)用中常采用個單級濾波器級聯(lián)，通過L級聯(lián)后，阻帶衰減可以增加到L*13.5dB。階數(shù)的確定最簡單的梳狀濾波器由一個積分器階數(shù)的確定

若N<L的情況下，則降采樣混疊噪聲將非常大。在N=L情況下，降采樣前后帶內(nèi)噪聲譜密度相差，由于M=32，所以前后相差7.5dB左右。在N=L+1的情況下，N+f0<1/8,所以帶內(nèi)噪聲譜在降采樣前后僅相差0.25dB。若N>L+1則硬件消耗呈線性增加，但效果微乎其微。因此本文選擇采用4階梳狀濾波器。階數(shù)的確定若N<L的情況下，則降采樣混階數(shù)的確定

基于上面的分析，編寫Matlab程序?qū)ι厦娴慕Y(jié)論進(jìn)行驗證，圖7給出了階數(shù)L分別為2、3、4時梳狀濾波器的頻率響應(yīng)。從圖7可以看出當(dāng)L=4時梳狀濾波器在168KHz處的噪聲抑制能力大于-70dB，滿足設(shè)計要求。階數(shù)的確定基于上面的分析，編寫Matla圖7階數(shù)L分別為2、3、4時梳狀濾波器的頻率響應(yīng)圖7階數(shù)L分別為2、3、4時梳狀濾波器的頻率響應(yīng)字長的確定

梳狀濾波器的傳遞函數(shù)中有極點，因此傳輸數(shù)據(jù)對于有限字長的運算就肯定會產(chǎn)生溢出。不過，若能選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斪珠L，并且在硬件實現(xiàn)中采用補碼運算，則這種溢出誤差將不會影響濾波器的最終輸出結(jié)果，并且濾波器的輸出結(jié)果不會溢出。字長的確定梳狀濾波器的傳遞函數(shù)中有極點字長的確定

數(shù)據(jù)量化的字長是:N㏒2D+㏒2Ri由于本設(shè)計調(diào)制器的輸出為1比特的數(shù)據(jù)，Ri=1，N=4，降采樣率D是32，所以最終選擇的數(shù)據(jù)字長為20比特。字長的確定數(shù)據(jù)量化的字長是:系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用

通常降采樣的執(zhí)行是在數(shù)字濾波器的輸出信號中進(jìn)行抽取的處理。由于經(jīng)過抽取，數(shù)字濾波器的大量運算將被棄用，這樣對芯片功耗和硬件消耗極大的浪費，所以在本設(shè)計中采用一種降采樣的轉(zhuǎn)置形式，以克服上述所說的缺點。系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用通常降采樣圖8等效的濾波器降采樣的結(jié)構(gòu)

圖8等效的濾波器降采樣的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用

圖8中的（a）和（b）是一對等效的濾波器降采樣的結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出如果將濾波器傳遞函數(shù)從H(ZD)轉(zhuǎn)變成為H(Z)，則濾波器的位置就能夠放在降采樣開關(guān)的后面，而不影響輸入至輸出的頻率響應(yīng)，反義亦然。

系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用圖8中的（a

應(yīng)用置換原則，有如下的優(yōu)點：1.由于先降采樣后濾波使得濾波器的運算均為有效運算，防止了功耗上的浪費。2.降采樣后濾波器的工作頻率降低，因此要得到同樣的通帶頻率和阻帶抑制，脈沖響應(yīng)系數(shù)的數(shù)量就可以大大減少，節(jié)約了硬件消耗。3.如設(shè)計要求中提到的梳狀濾波器，當(dāng)傳遞函數(shù)改為H(Z)后，延時寄存器的數(shù)量僅需要是H(ZD)時的1/D。

應(yīng)用置換原則，有如下的優(yōu)點：圖11未經(jīng)優(yōu)化的梳狀濾波器圖11未經(jīng)優(yōu)化的梳狀濾波器圖11優(yōu)化后的梳狀濾波器圖11優(yōu)化后的梳狀濾波器圖12Matlab中搭建的系統(tǒng)仿真框圖

圖12Matlab中搭建的系統(tǒng)仿真框圖圖13調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即1500KHz）

圖13調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即1500KHz）圖15調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即100KHz內(nèi)）

圖15調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即100KHz內(nèi)）圖16調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即24KHz內(nèi)）

圖16調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即24KHz內(nèi)）圖17梳狀濾波器的輸出頻譜圖在190K內(nèi)

圖17梳狀濾波器的輸出頻譜圖在190K內(nèi)圖18梳狀濾波器的輸出頻譜圖在24K內(nèi)

圖18梳狀濾波器的輸出頻譜圖在24K內(nèi)梳狀濾波器的硬件描述

梳狀濾波器分為四個基本模塊，分別為integrator,outgrator,threetwo,three。梳狀濾波器的硬件描述梳狀濾波器分為四個基本integrator模塊

Integrator為積分器，包括一個D觸發(fā)器和一個加法器，包括四個輸入信號，分別為INTEIN,RST_N,clk,INTEIN為輸入信號，RST_N為復(fù)位端，clk為時鐘信號；一個輸出信號為INTEOUT(如圖19)。圖19積分器

integrator模塊Integraoutgrator模塊

outgrator模塊為差分器，包括一個減法器和一個D觸發(fā)器。它包括四個輸入端口，分別為INTEIN,RST_N,clk,EN_192，INTEIN為輸入看端口，RST_N為復(fù)位端，EN_192為始能端，clk為時鐘信號；一個輸出端口：INTEOUT，如圖21。outgrator模塊outgrato圖21差分器圖21差分器three模塊three模塊是一個簡單的計數(shù)器，嵌入進(jìn)threetwo模塊中，來輔助控制時鐘信號的始能端。three模塊包括兩個輸入信號：clk，RST_N，一個輸出信號：ent。three模塊three模塊是一個簡單threetwo模塊

threetwo為整個梳狀濾波器的計數(shù)器的始能端控制信號，控制梳狀濾波器的計數(shù)情況。threetwo模塊的設(shè)計是為了即滿足整個模塊只有一個時鐘信號，又完成實現(xiàn)幾個不一樣的始能端EN,EN_192,EN_96,EN_48。threetwo模塊threetwtop模塊top頂層模塊包括上述介紹的四個基本模塊，大體結(jié)構(gòu)如圖23所示。它包括三個輸入信號：clk,COMB_IN,RST_N;clk為時鐘信號，COMB_IN為梳狀濾波器的輸入信號，RST_N為復(fù)位端；一個輸出信號：COMB_OUT。top模塊top頂層模塊包括上述介紹的四圖23梳狀濾波器圖23梳狀濾波器測試程序根據(jù)top頂層模塊的編寫程序，編寫梳狀濾波器的測試程序。測試程序根據(jù)top頂層模塊的編寫程序，編寫梳狀濾波器的測試程仿真結(jié)果分析

通過VerilogHDL語言對梳狀濾波器的硬件描述，用LINUX系統(tǒng)下的VCS仿真工具仿真，得到梳狀濾波器的輸出信號，如圖24（數(shù)字輸出形式）和25（模擬輸出形式）。仿真結(jié)果分析通過VerilogHD圖24梳狀濾波器VCS工具仿真圖（數(shù)字輸出形式）

圖24梳狀濾波器VCS工具仿真圖（數(shù)字輸出形式）圖25梳狀濾波器VCS工具仿真圖（模擬輸出形式）

圖25梳狀濾波器VCS工具仿真圖（模擬輸出形式）圖26梳狀濾波器的輸出頻譜圖在24K內(nèi)

圖26梳狀濾波器的輸出頻譜圖在24K內(nèi)仿真結(jié)果分析

將文件comb.out的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Matlab中進(jìn)行分析，得到圖26（梳狀濾波器的輸出頻譜圖在24K內(nèi)）。將硬件描述的仿真結(jié)果和梳狀濾波器的系統(tǒng)級的仿真結(jié)果做比較，可以看出梳狀濾波器的硬件描述完全正確。信噪比為103dB，滿足要求。仿真結(jié)果分析將文件comb.out的數(shù)

首先感謝各位老師對我這次答辯的審查。感謝劉素娟老師，在她細(xì)心地輔導(dǎo)下，我順利完成了畢業(yè)論文，學(xué)到了很多很重要的知識。感謝那些教過我的老師，是他們的每一次教導(dǎo)，每一次呵護(hù)，每一次建議，讓我更快速，更有效，更完整地掌握了知識。感謝所有北京工業(yè)大學(xué)的老師，是他們塑造了一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和完備的硬件設(shè)施。是這些辛勞的老師，為社會，為政府，為國家培養(yǎng)了一代又一代的人才，為教育強國之路鋪下了堅實的基礎(chǔ)。感謝徐遠(yuǎn)哲等同學(xué)的幫助。是他們的建議，是他們的幫助，是他們的關(guān)心，讓我更加順利的完成了本次畢業(yè)設(shè)計。首先感謝各位老師對我這次答辯的審查。感謝音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器中梳狀濾波器的設(shè)計課件49音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器中梳狀濾波器的設(shè)計課件50

1.首先學(xué)習(xí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理和相關(guān)知識。著重學(xué)習(xí)了其中的降采樣濾波器設(shè)計研究中的關(guān)鍵技術(shù)和步驟。并對有關(guān)論文進(jìn)行實時翻譯。2.根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計出滿足性能指標(biāo)的梳狀濾波器；并根據(jù)有關(guān)原則，盡量減少功耗和面積。具體使用MATLAB軟件仿真。3.用VerilogHDL語言編譯出梳狀濾波器的具體硬件描述，并用VCS工具仿真。隨后將VCS工具仿真結(jié)果與MATLAB仿真結(jié)果對比，觀察結(jié)果是否符合要求，并得到結(jié)論。1.首先學(xué)習(xí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理和相關(guān)知識。著重學(xué)習(xí)了Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理

Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器又稱為過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用增量編碼方式即根據(jù)前一量值與后一量值的差值的大小來進(jìn)行量化編碼。Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括模擬Sigma-Delta調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器。Sigma-Delta調(diào)制器主要完成信號抽樣及增量編碼，它給數(shù)字抽取濾波器提供增量編碼即Sigma-Delta碼；數(shù)字抽取濾波器完成對Sigma-Delta碼的抽取濾波，把增量編碼轉(zhuǎn)換成高分辨率的線性脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號。Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理S過采樣技術(shù)從頻域上分析ADC的采樣，模擬輸入信號的頻譜特性如圖1所示，fB是模擬輸入信號的最高頻率，當(dāng)模擬輸入信號被頻率為fS的采樣信號采樣時，得到了如圖所示的頻譜，從圖中可以看出，如果采樣信號頻率fS小于2fB，如圖2，頻譜開始混疊，此時是不可能恢復(fù)出原始信號的，這可以用采樣定理來解釋就是:為了從采樣信號中恢復(fù)出原始信號，采樣頻率必須至少是信號帶寬的兩倍。過采樣技術(shù)從頻域上分析ADC的采樣，模圖1fs>fB圖1fs>fB圖2fs<fB圖2fs<fB圖3不同采樣頻率下的量化噪聲分布圖3不同采樣頻率下的量化噪聲分布Sigma-Delta調(diào)制技術(shù)

Sigma-Delta調(diào)制實質(zhì)是對量化噪聲進(jìn)行整形。所謂噪聲整形是指調(diào)整量化噪聲的頻譜密度分布，使其在總量化噪聲不變的情況下盡可能減少其位于有用信號帶寬中的部分。Sigma-Delta調(diào)制技術(shù)Sigma噪聲整形技術(shù)圖4經(jīng)過Sigma-Delta調(diào)制器的量化噪聲譜噪聲整形技術(shù)圖4經(jīng)過Sigma-Delta調(diào)制器的量化噪聲設(shè)計指標(biāo)的確立本設(shè)計中Sigma-Delta調(diào)制器的過采樣是128，音頻信號帶寬選擇為24KHz，所以整個數(shù)字濾波器的輸入為一個6.144MHz的單比特數(shù)據(jù)流。數(shù)字濾波器的第一級如果用低通濾波來除去帶外噪聲，特別是當(dāng)降采樣比較高的時候，這種窄帶低通的硬件消耗會非常大。設(shè)計指標(biāo)的確立本設(shè)計中Sigma-De設(shè)計指標(biāo)的確立

而我們第一級采用了梳狀濾波器，這是因為在降采樣的過程中必須防止混疊現(xiàn)象的發(fā)生，即防止帶外噪聲通過采樣疊加到帶內(nèi)信號上，從而降低帶內(nèi)的信噪比。而且它的零點恰好都在其降采樣后頻率的整數(shù)倍上，正好抑制了帶外會產(chǎn)生混疊的頻帶部分，所以用梳狀來承擔(dān)主要的降采樣功能，是最為簡單有效地方法。設(shè)計指標(biāo)的確立而我們第一級采用了梳狀濾波梳狀濾波器的特點1.在實現(xiàn)中不需要乘法器電路。2.屬于整系數(shù)濾波器，不需要電路來存儲系數(shù)。3.通過在前面積分模塊和差分模塊之間的降頻，與具有相同濾波性能的其它FIR濾波器比較，減少了大量的存儲單元。梳狀濾波器的特點1.在實現(xiàn)中不需要乘法器電路。圖5梳狀濾波器的濾波作用圖5梳狀濾波器的濾波作用設(shè)計指標(biāo)的確立

由于梳狀濾波器在低頻響應(yīng)部分就會產(chǎn)生較為明顯的下滑，為了使之不影響音頻帶內(nèi)的信噪比，同時又盡可能利用梳狀濾波的特點進(jìn)行降采樣，因此本文選擇第一級降采樣后的頻率，即梳狀濾波器的第一個零點位置在4倍的Nyquist頻率為192KHz，梳狀濾波器的抽取率為M1=32

。設(shè)計指標(biāo)的確立由于梳狀濾波器在低頻響應(yīng)我們本課設(shè)計的Sigma-DeltaA/D調(diào)制器輸出在168~192KHz頻帶內(nèi)的噪聲低于-70dB，而通過FFT計算，調(diào)制器輸出信號的noisefloor大約在-140dB左右，所以對于梳狀濾波器要求在168KHz處的噪聲抑制能力約為-70dB。我們本課設(shè)計的Sigma-DeltaA圖6多級抽取實現(xiàn)數(shù)字濾波器框圖

圖6多級抽取實現(xiàn)數(shù)字濾波器框圖階數(shù)的確定

最簡單的梳狀濾波器由一個積分器、一個微分器和一個抽取單元組成，但這種結(jié)構(gòu)的阻帶衰減不夠，對于抽取因子，第一旁瓣最大的衰減為13.5dB，限制了它的應(yīng)用，在實際應(yīng)用中常采用個單級濾波器級聯(lián)，通過L級聯(lián)后，阻帶衰減可以增加到L*13.5dB。階數(shù)的確定最簡單的梳狀濾波器由一個積分器階數(shù)的確定

若N<L的情況下，則降采樣混疊噪聲將非常大。在N=L情況下，降采樣前后帶內(nèi)噪聲譜密度相差，由于M=32，所以前后相差7.5dB左右。在N=L+1的情況下，N+f0<1/8,所以帶內(nèi)噪聲譜在降采樣前后僅相差0.25dB。若N>L+1則硬件消耗呈線性增加，但效果微乎其微。因此本文選擇采用4階梳狀濾波器。階數(shù)的確定若N<L的情況下，則降采樣混階數(shù)的確定

基于上面的分析，編寫Matlab程序?qū)ι厦娴慕Y(jié)論進(jìn)行驗證，圖7給出了階數(shù)L分別為2、3、4時梳狀濾波器的頻率響應(yīng)。從圖7可以看出當(dāng)L=4時梳狀濾波器在168KHz處的噪聲抑制能力大于-70dB，滿足設(shè)計要求。階數(shù)的確定基于上面的分析，編寫Matla圖7階數(shù)L分別為2、3、4時梳狀濾波器的頻率響應(yīng)圖7階數(shù)L分別為2、3、4時梳狀濾波器的頻率響應(yīng)字長的確定

梳狀濾波器的傳遞函數(shù)中有極點，因此傳輸數(shù)據(jù)對于有限字長的運算就肯定會產(chǎn)生溢出。不過，若能選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斪珠L，并且在硬件實現(xiàn)中采用補碼運算，則這種溢出誤差將不會影響濾波器的最終輸出結(jié)果，并且濾波器的輸出結(jié)果不會溢出。字長的確定梳狀濾波器的傳遞函數(shù)中有極點字長的確定

數(shù)據(jù)量化的字長是:N㏒2D+㏒2Ri由于本設(shè)計調(diào)制器的輸出為1比特的數(shù)據(jù)，Ri=1，N=4，降采樣率D是32，所以最終選擇的數(shù)據(jù)字長為20比特。字長的確定數(shù)據(jù)量化的字長是:系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用

通常降采樣的執(zhí)行是在數(shù)字濾波器的輸出信號中進(jìn)行抽取的處理。由于經(jīng)過抽取，數(shù)字濾波器的大量運算將被棄用，這樣對芯片功耗和硬件消耗極大的浪費，所以在本設(shè)計中采用一種降采樣的轉(zhuǎn)置形式，以克服上述所說的缺點。系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用通常降采樣圖8等效的濾波器降采樣的結(jié)構(gòu)

圖8等效的濾波器降采樣的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用

圖8中的（a）和（b）是一對等效的濾波器降采樣的結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出如果將濾波器傳遞函數(shù)從H(ZD)轉(zhuǎn)變成為H(Z)，則濾波器的位置就能夠放在降采樣開關(guān)的后面，而不影響輸入至輸出的頻率響應(yīng)，反義亦然。

系統(tǒng)級優(yōu)化——置換原則的應(yīng)用圖8中的（a

應(yīng)用置換原則，有如下的優(yōu)點：1.由于先降采樣后濾波使得濾波器的運算均為有效運算，防止了功耗上的浪費。2.降采樣后濾波器的工作頻率降低，因此要得到同樣的通帶頻率和阻帶抑制，脈沖響應(yīng)系數(shù)的數(shù)量就可以大大減少，節(jié)約了硬件消耗。3.如設(shè)計要求中提到的梳狀濾波器，當(dāng)傳遞函數(shù)改為H(Z)后，延時寄存器的數(shù)量僅需要是H(ZD)時的1/D。

應(yīng)用置換原則，有如下的優(yōu)點：圖11未經(jīng)優(yōu)化的梳狀濾波器圖11未經(jīng)優(yōu)化的梳狀濾波器圖11優(yōu)化后的梳狀濾波器圖11優(yōu)化后的梳狀濾波器圖12Matlab中搭建的系統(tǒng)仿真框圖

圖12Matlab中搭建的系統(tǒng)仿真框圖圖13調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即1500KHz）

圖13調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即1500KHz）圖15調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即100KHz內(nèi)）

圖15調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即100KHz內(nèi)）圖16調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即24KHz內(nèi)）

圖16調(diào)制器輸出的頻譜圖（觀測范圍在即24KHz內(nèi)）圖17梳狀濾波器的輸出頻譜圖在190K內(nèi)

圖17梳狀濾波器的輸出頻譜圖在190K內(nèi)圖18梳狀濾波器的輸出頻譜圖在24K內(nèi)

圖18梳狀濾波器的輸出頻譜圖在24K內(nèi)梳狀濾波器的硬件描述

梳狀濾波器分為四個基本模塊，分別為integrator,outgrator,threetwo,three。梳狀濾波器的硬件描述梳狀濾波器分為四個基本integrator模塊

Integrator為積分器，包括一個D觸發(fā)器和一個加法器，包括四個輸入信號，分別為INTEIN,RST_N,clk,INTEIN為輸入信號，RST_N為復(fù)位端，clk為時鐘信號；一個輸出信號為INTEOUT(如圖19)。圖19積分器

integrator模塊Integraoutgrator模塊

outgrator模塊為差分器，包括一個減法器和一個D觸發(fā)器。它包括四個輸入端口，分別為INTEIN,RST_N,clk,EN_192，INTEIN為輸入看端口，RST_N為復(fù)位端，EN_192為始能端，clk為時鐘信號；一個輸出端口：INTEOUT，如圖21。outgrator模塊outgrato圖21差分器圖21差分器three模塊three模塊是一個簡單的計數(shù)器，嵌入進(jìn)threetwo模塊中，來輔助控制時鐘信號的始能端。three模塊包括兩個輸入信號：clk，RST_N，一個輸出信號：ent。three模塊three模塊是一個簡單threetwo模塊

threetwo為整個梳狀濾波器的計數(shù)器的始能端控制信號，控制梳狀濾波器的計數(shù)情況。threetwo模