多級可配置CIC濾波器設計
電子技術應用
李升梅1，趙海2，倪屹1
1.江南大學 物聯網工程學院；2.江蘇集萃智能集成電路設計技術研究所有限公司
摘要： 針對超大規模集成電路的發展以及Sigma Delta模數轉換器的廣泛應用，提出一種面向24位Sigma Delta模數轉換器的多級可配置級聯積分梳狀（Cascade Integral Comb，CIC）濾波器結構。濾波器結構借助級數調節和分時復用技術減少運算邏輯和存儲邏輯單元，從而實現降低面積的目的。通過MATLAB Simulink搭建CIC濾波器模型進行仿真，并實現電路設計，仿真結果表明該濾波器可實現64~8 192倍8種降采樣可調和2級或3級級聯可調。基于180nm COMS標準單元工藝庫進行ASIC版圖設計，與傳統CIC濾波器比較，數字電路在面積上具有顯著優勢。
中圖分類號：TN911 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245640
中文引用格式： 李升梅，趙海，倪屹. 多級可配置CIC濾波器設計[J]. 電子技術應用，2025，51(2)：46-51.
英文引用格式： Li Shengmei，Zhao Hai，Ni Yi. Design of multistage configurable CIC filter[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(2)：46-51.
中文引用格式： 李升梅，趙海，倪屹. 多級可配置CIC濾波器設計[J]. 電子技術應用，2025，51(2)：46-51.
英文引用格式： Li Shengmei，Zhao Hai，Ni Yi. Design of multistage configurable CIC filter[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(2)：46-51.
Design of multistage configurable CIC filter
Li Shengmei1，Zhao Hai2，Ni Yi1
1.College of IoT Engineering， Jiangnan University； 2.Jiangsu Jitri Intelligent Integrated Circuit Design Technology Research Institute Co.， Ltd.
Abstract： In view of the development of Very-Large-Scale Integration circuits and the wide application of Sigma Delta analogue-to-digital converters, this paper proposes a multi-stage configurable cascade integrated comb filter structure for 24-bit Sigma Delta analogue-to-digital converters.The structure reduces the number of operation logic and storage logic units with the help of adjusting the number of cascades and time division multiplexing techniques for reusing a circuit, thus achieving a reduction in area.The CIC filter model is constructed by MATLAB Simulink for simulation, and the code design is completel. The simulation results show that the filter can realise 64~8 192 times of 8 kinds of downsampling adjustable and 2-stage or 3-stage cascade adjustable. ASIC layout is designed based on 180 nm COMS standard cell process libraries, and digital circuits offer significant area advantages over traditional CIC filters.
Key words : CIC filter；downsampling factor adjustable；stages adjustable；time division multiplexing circuit
引言
隨著集成電路技術和工業生產自動化技術的快速發展，作為模擬與數字信號橋梁的的模數轉換器（Analog Digital Converter, ADC）也成為研究的重點，其向著高精度、低功耗和減少面積的方向發展[1]。由于結構簡單和分辨率高，Sigma Delta轉換技術是測量技術應用中的首選。一般地，Sigma Delta ADC由模擬調制器電路與數字降采樣濾波電路兩部分組成。由于數字濾波器包含較多計算單元和存儲單元，Sigma Delta ADC的功耗和面積大小主要由數字濾波器決定[2]。級聯積分梳狀（Cascade Integrator Comb，CIC）濾波器僅由加法器和延遲器組成而不需要乘法器，因其結構簡單規整、占用硬件資源少且性能好，被廣泛應用于Sigma Delta ADC的多速率系統[3]。但是，單級CIC濾波器具有阻帶衰減差，主瓣衰減不明顯等缺點[4]。所以為實現去除24位Sigma Delta ADC模擬調制器輸出疏密波中的高頻噪音，本文設計遞歸結構級聯CIC濾波器，并且可以根據不同的降采樣因子選擇2級或3級積分差分級聯，減少硬件資源。采用加法器分時復用技術減少硬件資源。
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作者信息：
李升梅1，趙海2，倪屹1
（1.江南大學 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214122；2.江蘇集萃智能集成電路設計技術研究所有限公司，江蘇 無錫 214122）
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