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电能计量芯片Sigma-DeltaADC降采样滤波器设计

秦龙;陈光化;刘晶晶;曾为民

【摘要】Sigma-DeltaADC精度高,是电能计量芯片的首选ADC.文中设计了一个

应用于电能计量芯片中∑-△ADC的数字抽取滤波器,将∑-△调制器输出的串行比特

流信号转换成多位并行输出.该抽取滤波器采样多级抽取结构,由级联积分梳状滤波

器(CascadedIntegratorComb,CIC),半带滤波器(HalfBandFilter,HBF)以及FIR

补偿滤波器组成.对各级滤波器的阶数、系数进行优秀设计,实现128倍的抽取.对

HBF采用有符号正则数编码节(CSD)编码,经优化设计后,在CSMC0.18um工艺下

综合,与传统方法相比,面积减少8%,功耗降低15%.实验结果表明：该方法使抽取

滤波器在面积和功耗上都有所改善,且性能完全符合电能计量芯片设计要

求.%Electricalenergymeasurementrequireshighaccuracy,Sigma-Delta

ADCmeetsit.Itpresentsadecimatorfilterthatcanbeusedinelectrical

energymeasurementICfor∑-△ADC,usingthisdecimationwillconverted

theSigma-Deltamodulatorsignaloftheserialbitstreamintoanumberof

parallel.ThefilterconsistsofaCICfilter,aHBFandaFIRcompensation

filter.Optimizetheorderandcoef-ficienttorealizedecimationratioof128.

InimplementionofHBFwithCSDcode,useCSMC0.18umprocessto

synthesisandthenfoundtheareaislessthan8%,andpowerdissipationis

lessthan15%,comparedwithconventionmethodafteroptimization.

Experimentalre-sultsshowthedecimationfilterhasimprovedinthearea

andpower,andperformanceinfullcompliancewiththerequirementsof

theener-gymeteringchip.

【期刊名称】《计算机技术与发展》

【年(卷),期】2013(000)001

【总页数】4页(P181-184)

【关键词】Sigma-DeltaADC;降采样滤波器;级联积分梳状滤波器;半带滤波器;补

偿滤波器

【作者】秦龙;陈光化;刘晶晶;曾为民

【作者单位】上海大学微电子研究与开发中心，上海200072;上海大学微电子研

究与开发中心，上海200072;上海大学微电子研究与开发中心，上海200072;华

润上华科技有限公司，江苏无锡214028

【正文语种】中文

【中图分类】TP39

0引言

智能电表(smartmeter)作为智能电网的终端计量仪器，不仅需要能够精确计量用

户的用电信息，而且还需各种通信功能，如RS485、红外、电力线载波等，以实

现自动化远程管理。因此，智能电表在整个智能电网的建设中起着关键性作用。而

对于智能电表的核心——电能计量专用芯片(ElectricalMeasurementU-nit，

EMU)也提出了更高的要求。目前计量芯片的模数转换电路基本上都采用Sigma－

Delta型，而降采样滤波器是Sigma－DeltaADC的核心组成部分，因此，对降

采样滤波器的研究具有十分重要的意义。

在Sigma－DeltaADC中，功耗主要集中在降采样滤波器［1～4］。而滤波器的

功耗主要由乘法器决定，因此如何减少滤波器中乘法器的个数成为降采样设计的研

究重点。文献［5］中HOGENAUE提出了