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随着5G通信技术的发展和应用,人机交互得到快速发展。Delta-Sigma ADC因为具有高精度、高线性度、对电路非理想特性不敏感等优点,在各类半导体传感器以及微机系统中应用越来越普遍。
在可移动设备中,应用于压力传感器的模数转换器需要满足低功耗的特点。可以通过降低电源电压来降低电路功耗,但是降低电路的功耗必然会导致精度降低,而且对于3.3V供电的压力传感器输出电压会大于1.2V。如果采用1.2V的工艺设计delta-sigma ADC来获得低功耗,那么delta-sigma ADC的输入电压幅度会小于1.2V,就无法将压力传感器的输出信号进行模数转换。为了解决这一问题,本研究利用delta-sigma ADC有不同的工作状态,且在某一状态下有的模块不需要的特点,让不需要的电路不工作的方法降低Delta-sigma ADC的功耗。主要的工作如下:
(1)研究了delta-sigma ADC结构特点、基本原理和主要性能指标。
(2)根据压力传感器中的ADC的特点初步确定了本设计采用的结构为二阶单环路反馈型,使用Matlab和Simulink工具进行建模,对电路结构和设计参数可行性验证。
(3)在Smic0.13μM3.3VCMOS工艺下,完成了二阶单环反馈型Delta-sigma ADC电路的设计,其中包括两相非交叠时钟电路、CMOS开关、运算放大器、开关电容积分器、1位量化器、1位反馈DAC、加法器、共模电压产生电路、可变温度点电流补偿带隙基准电压源等模块。
Cadence仿真验证结果表明,ADC的总体功耗从4.5mW降至1.76mW。在1.9V,2KHz的正弦信号输入的情况下,可以实现16.3bit的精度。带隙基准电压源温漂系数为1.68ppm/oC,后仿温漂结果为2.08ppm/oC,电源电压抑制比90.4dB。
在可移动设备中,应用于压力传感器的模数转换器需要满足低功耗的特点。可以通过降低电源电压来降低电路功耗,但是降低电路的功耗必然会导致精度降低,而且对于3.3V供电的压力传感器输出电压会大于1.2V。如果采用1.2V的工艺设计delta-sigma ADC来获得低功耗,那么delta-sigma ADC的输入电压幅度会小于1.2V,就无法将压力传感器的输出信号进行模数转换。为了解决这一问题,本研究利用delta-sigma ADC有不同的工作状态,且在某一状态下有的模块不需要的特点,让不需要的电路不工作的方法降低Delta-sigma ADC的功耗。主要的工作如下:
(1)研究了delta-sigma ADC结构特点、基本原理和主要性能指标。
(2)根据压力传感器中的ADC的特点初步确定了本设计采用的结构为二阶单环路反馈型,使用Matlab和Simulink工具进行建模,对电路结构和设计参数可行性验证。
(3)在Smic0.13μM3.3VCMOS工艺下,完成了二阶单环反馈型Delta-sigma ADC电路的设计,其中包括两相非交叠时钟电路、CMOS开关、运算放大器、开关电容积分器、1位量化器、1位反馈DAC、加法器、共模电压产生电路、可变温度点电流补偿带隙基准电压源等模块。
Cadence仿真验证结果表明,ADC的总体功耗从4.5mW降至1.76mW。在1.9V,2KHz的正弦信号输入的情况下,可以实现16.3bit的精度。带隙基准电压源温漂系数为1.68ppm/oC,后仿温漂结果为2.08ppm/oC,电源电压抑制比90.4dB。