一種模／數混合型FIR噪聲濾波器設計

摘要：針對現有數字FIR噪聲濾除技術(shù)的噪聲放大問(wèn)題，結合模擬電路的方法，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)中數字控制的相位誤差轉換為模擬域電荷，調制器的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)寄存器鏈實(shí)現一個(gè)或數個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)，從中選出若干抽頭分別去控制對應的分頻器或相位選擇器，從而量化所產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)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(guò)提供恒定單位直流增益，解決現有數字FIR噪聲濾除技術(shù)的噪聲放大問(wèn)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(xiàn)性度，額外硬件開(kāi)銷(xiāo)小。
關(guān)鍵詞：FIR濾波；△-∑調制；鎖相環(huán)；量化噪聲

0 引言
一般的相位反饋系統中使用鎖相環(huán)通過(guò)分頻器的比例關(guān)系，可以輸出一個(gè)頻率是輸入參考信號N倍的時(shí)鐘。由于傳統結構的分頻比只能是整數限制，使得頻率分辨率直接取決于輸入信號頻率?！?∑分數鎖相環(huán)通過(guò)采用數字調制，實(shí)現了分數分頻比，從而可以提供更高精度的頻率分辨率，這為時(shí)鐘信號的產(chǎn)生和頻率規劃帶來(lái)更大的靈活性。然而，△-∑調制器的使用也引入了量化噪聲，在低過(guò)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(jiàn)，數字FIR噪聲濾除技術(shù)具有結構簡(jiǎn)單，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但存在噪聲增益問(wèn)題。目前針對這一問(wèn)題還投有很好的解決辦法，本文結合模擬和數字實(shí)現各自的優(yōu)點(diǎn)，設計出一種混合型FIR噪聲濾波技術(shù)，該技術(shù)能有效地解決上述問(wèn)題。

1 電路設計原理
混合型FIR噪聲濾除電路的結構設計如圖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)信號之間存在受調制器控制的瞬時(shí)相位誤差，電荷泵將這個(gè)數字控制的相位誤差轉換為模擬域電荷。為了實(shí)現對量化噪聲的FIR濾波功能，結構中采用了多個(gè)鑒相器并聯(lián)的形式?！?∑調制器的輸出并不像傳統結構中直接去控制分頻器或相位選擇器實(shí)現量化操作，而是經(jīng)過(guò)一個(gè)寄存器鏈實(shí)現一個(gè)或數個(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應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(guò)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。

該結構對應的S域和Z域混合模型如圖2所示。經(jīng)過(guò)推導可以得到電荷泵的輸出為：