设计并实现一个应用于音频Sigma-Delta模数转换器的低资源数字抽取滤波器。该滤波器采用多级多采样率结构, 整体带内纹波小于0.06 dB, 带宽为21.6 kHz, 最低工作频率为10 MHz。通过滤波器硬件架构的设计, 有效地缩小了抽取滤波器的电路面积和功耗。芯片测试结果表明, 对 64 倍过采样率、4 阶Sigma-Delta调制的 1 bit 脉冲密度调制信号输出码流进行处理, 得到音频信号的信噪比达到87.2 dB, 在SMIC 0.13 μm 工艺下, 数字部分的面积约为0.146 mm2。与同类型抽取滤波器相比, 面积减小58%, 功耗减少60%以上。
提出一种多级放大时间数字转换器新型结构。该结构由粗测和细测组成, 粗测部分利用延时链得到小于一个延时单元的关键余量, 并设计了面积小、功耗低的关键余量选择逻辑。细测部分, 利用两倍时间放大器和过半判断器从高位到低位依次产生4位二进制码。在SMIC 65 nm工艺下仿真, 新型结构的分辨率为1.44 ps, 量程为736 ps, 转换速度可达470 MS/s, 在100 MHz频率下, 平均功耗仅为1.3 mW。对两倍时间放大器设计了校准电路, 提高了抵抗PVT的能力, 得到良好的积分非线性。
基于卡尔曼滤波器的传统硬件实现方式, 根据滤波模型和矩阵运算, 将滤波公式进行推导和化简, 然后利用“自底向上”的设计思路, 设计滤波公式需要的底层FPU (float point unit), 从而实现整个卡尔曼滤波系统。以这种方法设计的卡尔曼滤波器, 不仅摆脱了传统实现方式对于平台的依赖性, 增加了系统的可移植性和应用范围, 并且滤波速度比传统矩阵运算法有明显提升。对于匀加速滤波模型, 给出公式推导法和矩阵运算法的详细数据对比, 采用该方法设计的卡尔曼滤波器, 滤波精度保持原来的水平, 滤波速度提升为传统矩阵运算法的2.1 倍。
