地震勘探仪器中Sigma Delta AD转换器的设计

论文摘要

地震勘探仪器是地震勘探装备中最基础的设备,也是最关键最重要的设备,而模数转换器又是地震数据采集中最核心的部分,它的性能直接影响采集数据的准确性,关系到地质分析的正确性。本文针对Sigma delta调制器和数字抽取滤波器进行了深入的研究,主要内容有：1、讨论了Sigma delta AD转换器的工作原理,分析了其主要技术。包括过采样技术、噪声成形技术及数字滤波和抽取。2、研究了Sigma delta调制器结构组成、工作原理、性能指标,并根据课题的设计指标确定了调制器的结构与电路参数,在TINA Pro中进行了系统仿真。3、分析了抽取滤波器的滤波与抽取原理,采用多级级联结构来减少滤波器的计算量和占用资源量。在MATLAB中完成各个滤波器模块的设计、参数优化与仿真。4、在QuartusⅡ中使用VerilogHDL编程,完成抽取滤波器各个模块的FPGA实现。实现过程采用了Hogenauer剪除理论、例化IP核、有限字长处理、CSD系数编码、多项结构等优化方法。节省了滤波器占用的硬件资源。5、最后,对Sigma Delta AD转换器模块在实验室进行测试,并分析测试数据来验证系统的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 地震勘探
• 1.1.2 地震波
• 1.2 SIGMA DELTA ADC的国内外发展状况
• 1.3 论文的主要任务和章节安排
• 第2章 SIGMA DELTA AD转换器工作原理
• 2.1 模数转换器的特性
• 2.2 SIGMA DELTA ADC基本原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 SIGMA DELTA调制器设计
• 3.1 调制器的设计
• 3.1.1 Sigma Delta调制器结构的选取
• 3.1.2 Sigma Delta调制器的电路设计
• 3.2 TINA系统仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 数字抽取滤波器
• 4.1 数字滤波和抽取
• 4.2 多级级联结构
• 4.3 CIC滤波器
• 4.3.1 CIC滤波器简介
• 4.3.2 CIC滤波器通带衰减问题
• 4.4 补偿滤波器
• 4.4.1 锐化CIC（SCIC）
• 4.4.2 升幅FIR补偿
• 4.4.3 ISOP补偿
• 4.5 半带滤波器
• 4.6 本章小节
• 第5章 数字抽取滤波器各模块的优化设计与仿真
• 5.1 CIC抽取滤波器设计与仿真
• 5.2 补偿滤波器设计与仿真
• 5.2.1 SCIC仿真
• 5.2.2 升幅FIR补偿
• 5.2.3 ISOP补偿
• 5.3 半带滤波器设计与仿真
• 5.3.1 半带滤波器的MATLAB设计
• 5.3.2 半带滤波器的系数量化问题
• 5.4 本章小结
• 第6章 数字抽取滤波器的FPGA实现
• 6.1 系统时钟模块的FPGA实现
• 6.2 CIC滤波器的FPGA实现
• 6.2.1 Hogenauer剪除理论
• 6.2.2 CIC滤波器的QuartusⅡ与MATLAB联合仿真
• 6.3 ISOP滤波器的FPGA实现
• 6.4 半带滤波器的FPGA实现
• 6.4.1 CSD编码
• 6.4.2 多相结构
• 6.5 本章小结
• 第7章 SIGMA DELTA AD转换器测试
• 7.1 SIGMA DELTA调制器部分测试
• 7.2 系统时钟测试
• 7.3 CIC抽取滤波器测试
• 7.4 ISOP补偿滤波器测试
• 7.5 半带滤波器测试
• 7.6 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表