一種模／數(shù)混合型FIR噪聲濾波器設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)現(xiàn)有數(shù)字FIR噪聲濾除技術(shù)的噪聲放大問題，結(jié)合模擬電路的方法，提出一種新的混合型FIR噪聲濾波技術(shù)。該方法采用電荷泵將鎖相環(huán)中數(shù)字控制的相位誤差轉(zhuǎn)換為模擬域電荷，調(diào)制器的輸出經(jīng)過一個(gè)寄存器鏈實(shí)現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)，從中選出若干抽頭分別去控制對(duì)應(yīng)的分頻器或相位選擇器，從而量化所產(chǎn)生的經(jīng)過各支路鑒相器的瞬時(shí)相位誤差，在一個(gè)多輸入電荷泵中合成為模擬域誤差電荷，通過提供恒定單位直流增益，解決現(xiàn)有數(shù)字FIR噪聲濾除技術(shù)的噪聲放大問題，這種新型的濾波器具有如下特點(diǎn)：離散時(shí)間域工作，模擬失配不敏感，有助于提高線性度，額外硬件開銷小。
關(guān)鍵詞：FIR濾波；△-∑調(diào)制；鎖相環(huán)；量化噪聲

0 引言
一般的相位反饋系統(tǒng)中使用鎖相環(huán)通過分頻器的比例關(guān)系，可以輸出一個(gè)頻率是輸入?yún)⒖夹盘?hào)N倍的時(shí)鐘。由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分頻比只能是整數(shù)限制，使得頻率分辨率直接取決于輸入信號(hào)頻率?！?∑分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)通過采用數(shù)字調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)分頻比，從而可以提供更高精度的頻率分辨率，這為時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生和頻率規(guī)劃帶來(lái)更大的靈活性。然而，△-∑調(diào)制器的使用也引入了量化噪聲，在低過采樣率的環(huán)路中限制了帶外相位噪聲性能，需要加以解決?，F(xiàn)有的量化噪聲抑制技術(shù)仍然需要較大的硬件代價(jià)，并設(shè)法減小失配等非理想因素才能得到比較好的性能。由此可見，數(shù)字FIR噪聲濾除技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但存在噪聲增益問題。目前針對(duì)這一問題還投有很好的解決辦法，本文結(jié)合模擬和數(shù)字實(shí)現(xiàn)各自的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種混合型FIR噪聲濾波技術(shù)，該技術(shù)能有效地解決上述問題。

1 電路設(shè)計(jì)原理
混合型FIR噪聲濾除電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。在△-∑鎖相環(huán)或△-∑延時(shí)鎖定環(huán)中，鑒相器輸入端的2個(gè)信號(hào)之間存在受調(diào)制器控制的瞬時(shí)相位誤差，電荷泵將這個(gè)數(shù)字控制的相位誤差轉(zhuǎn)換為模擬域電荷。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)量化噪聲的FIR濾波功能，結(jié)構(gòu)中采用了多個(gè)鑒相器并聯(lián)的形式?！?∑調(diào)制器的輸出并不像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中直接去控制分頻器或相位選擇器實(shí)現(xiàn)量化操作，而是經(jīng)過一個(gè)寄存器鏈實(shí)現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)，并從中選出若干抽頭分別去控制對(duì)應(yīng)的分頻器或相位選擇器，量化所產(chǎn)生的瞬時(shí)相位誤差經(jīng)過各支路鑒相器后在一個(gè)多輸入電荷泵中合成為模擬域誤差電荷。

該結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的S域和Z域混合模型如圖2所示。經(jīng)過推導(dǎo)可以得到電荷泵的輸出為：