[发明专利]多级抽选过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及用于对输入的模拟信号进行附加抽样(oversample)的A/D转换器中的抽选过滤器。更具体的，本发明涉及一种多级抽选过滤器，其利用级连的梳状滤波器和一零插入过滤器以提供阻带内的高衰减，从而有效地抑制量化噪声和衰减带外噪声，并提供通带和阻带之间的陡峭过渡。

背景技术

在音频设计和不同类型的信号处理中，通常在—以远高于奈奎斯特速率的速率对信号进行抽样的A/D转换器中才使用A/D调制器，以便获得一高分辨率的A/D转换器，因为众所周知，奈奎斯特速率A/D转换器的分辨率受来自该A/D调制器的数字部分的噪音注入的限制，该噪音被混叠进入通带。此外，奈奎斯特速率A/D转换器要求有效的反混叠过滤器、高性能的抽样、保持电路和无颤动的定时。

以远高于奈奎斯特速率的速率对模拟输入信号进行抽样的A/D调制器被称为附加抽样A/D调制器。尽管已知有不同类型的附加抽样A/D调制器，但一种广为使用的附加抽样A/D调制器为德尔塔-西格马(delta-sigma)调制器。通常使用该delta-sigma调制器是因为其可采用相对简单且具有高耐受性的模拟元件实现，且同时由于该delta-sigma调制器通常采用一位量化而保持良好的线性。

在该A/D转换器中，该A/D调制器以远高于奈奎斯特速率的速率对模拟信号进行附加抽样，从而形成短的数字字，该抽选器输入这些短字，并以奈奎斯特速率对它们进行下抽样(down sample)以形成较长字的输出。本专业技术人员熟知并理解在奈奎斯特速率下的信号处理，因此这里不再详细描述，然而应当理解，奈奎斯特速率是用于被抽样信号的截止频率的两倍。

因为附加抽样A/D调制器的抽样速率需要复杂的电路来进行信号处理，因此，为提供一能够被更容易地进行处理的抽样速率，通常要由一抽选过滤器对来自该A/D调制器的位流进行抽选。该抽选的下抽样阶D为下抽样频率Fs与奈奎斯特频率Fn的比值。对于使用一附加抽样A/D调制器的A/D转换器，为避免在该A/D转换器前端使用一反混叠模拟滤波器，该抽选过滤器应能够在通带和阻带之间进行陡峭过渡。此外，该抽选过滤器还应抑制或衰减噪声。

典型地，该抽选过滤器必需抑制或衰减两种类型的噪声。这两种类型的噪声为量化噪声和带外噪声或信号。量化噪声由A/D调制器在将模拟输入转换为数字输出的过程中产生，且本专业技术人员将其看作一误差信号。通常，在基带位置，量化噪声非常小，而在高于基带的较高频带内，量化噪声会变得非常严重。带外噪声和信号是在所选频率范围之外的频率处产生的信号，该所选频率范围内的模拟信号被转换为一数字信号。

为满足该抽选过滤器中的这些标准，单级有限脉冲响应过滤器(FIR)或单级无限脉冲响应过滤器(IIF)会显得非常复杂且难以实现。在1990年5月的IEEE论文集ISCAS’90，pp3279-3282，名称为“使用两极四阶调制器的附加抽样的delta-sigma转换器电路”中，Karema等人提出了一种多级、多速率抽选过滤器作为实现该抽选过滤器的有效方式。

Karema等人公开了一种两级抽选过滤器。该抽选过滤器的第一级使用了长度为D0、D0+1或D0+2的级连梳状滤波器，用于附加抽样位流达2Fn或4Fn的抽选。本专业技术人员都会理解，长度D0是第一级的下抽样阶，通常等于D/4或D/2。如上所述，D代表该抽选总的下抽样阶，等于Fs与Fn的比值。该级连梳状滤波器相对比较简单且提供阻带内的衰减。该抽选过滤器的第二级为四分之一谱带或半谱带过滤器，其对阻带的限制相对较少，但要求陡峭的过渡。该抽选过滤器的第二级实现起来比第一级更复杂。

尽管已知的抽选过滤器在阻带范围内提供了一定量的衰减，在通带和阻带之间的过渡具有一定的陡峭性，但与现有技术相比，在阻带范围内仍需更大的衰减，在通带和阻带之间的过渡需要更加陡峭。此外，还要求以非常有效的方式实现该抽选过滤器，以降低该抽选过滤器在集成电路中所需的硅面积。

发明内容

根据本发明，一抽选器被用作一在该抽选过滤器的阻带具有高衰减且在其阻带和通带之间能够陡峭过渡的过滤器。实现该抽选器的过滤器所具有的阻带内高衰减及阻带和通带之间陡峭过渡的特性被用于防止在由该抽选器对自A/D调制器的高抽样率输出进行下抽样之后，量化噪声和带外噪声或信号混叠返入基带。