关于noise shaping sar ADC的滤波器设计

关寸舟 · 发表于 2023-1-12 09:56:27

各位前辈好，想请教一下noise shaping sar ADC的滤波器具体是怎么设计NTF的。看了understanding DSM这本数，里面讲了一些设计NTF的方法，并且它用toolbox里面的一些函数可以直接设计NTF。
我采用clans函数设计了一下NTF，ntf = clans(2,6,1024,0.95,1);二阶，过采样率为6，1024个电平，不采用零点优化。
得出bode图为下图：，但是报了一个waring，如下图。

登录/注册后可看大图

找了一些文献，发现noise shaping SAR ADC的滤波器CIFF架构，基本是采用动态AMP加上开关电容来实现的，把文献里面的NTF带到matlab算出幅频响应

登录/注册后可看大图

觉得这两者之间有点奇怪，不知道具体noise shaping SAR ADC的ntf怎么实现的。noise shaping sar ADC滤波器的特点就是量化电平要高一些，1024，512这样，其他好像和普通的DS ADC没啥去比

方块forever · 发表于 2023-1-12 09:56:28

本帖最后由方块forever 于 2023-1-16 04:17 编辑

NS-SAR的loop filter可以大体分为以下三种：
1. 无源积分器（就是电容之间charge sharing）
2. 有源开环放大器+无源积分器
3. 传统闭环开关电容积分器（与sigma delta里面的积分器类似）
NS-SAR与SD-ADC的重要区别是，NS-SAR里面sar量化之后的residue就已经在DAC输出上了，从而可以直接对这个residue进行积分。而SD-ADC里面需要使用开关电容积分器，特意做一步输入电压减去反馈电压的操作，然后再积分。这个区别就导致了NS-SAR在环路滤波器上的设计有更多的灵活性（因为residue已经在DAC上available了），这也就诞生了上面列举的第一种和第二种不同于传统SD-ADC的环路滤波器结构（这样他们就不需要设计闭环放大器了，设计就变得简单了很多）。
NS-SAR的文章里很少介绍环路滤波器的参数是怎么选取的，我猜测原因如下：传统SD-ADC的量化器一般小于5位，那么NTF对于量化噪声的抑制就显得很重要（因为量化器位数小->量化噪声很大->量化噪声是dominant的noise source）。而NS-SAR中不同，因为SAR的位数一般在8到10位（比较器的噪声也差不多可以做到和量化噪声一个量级），这就使得量化噪声很可能不再是dominant的噪声源，从而NTF的选取就不那么严格了。即使具体系数有些偏差，对于最终的SNR影响也不大。通常一到两阶的loop filter就可以满足噪声要求。如果所要求的SNR很高，同时OSR不能太大，可以考虑拓展成三到四阶。
首先楼主可以考虑自己需要采用上面三种的哪一种环路滤波器结构。如果采用第三种，就可以按照传统的SD-ADC的NTF设计。如果使用其他两种，则有更灵活的设计方案，可以自己扫描一下放大器增益，电容比例等参数获得合理的NTF即可。
希望对你有帮助！