【摘 要】
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在众多ADC架构中,ΣΔADC以其电路结构简单、对器件匹配和工艺偏差敏感度低以及能够实现高精度转换等特点被广泛应用于音频应用领域。本文基于音频应用领域设计了一款带宽为20KHz的低功耗高精度的ΣΔADC。本文重点对ADC的核心部分ΣΔ调制器进行了研究与设计:1.在系统级设计层面,为了实现高精度转换,调制器采用全差分离散时间4阶单比特量化CIFB结构,过采样率确定为128倍;为了提高最大稳定输入范围
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在众多ADC架构中,ΣΔADC以其电路结构简单、对器件匹配和工艺偏差敏感度低以及能够实现高精度转换等特点被广泛应用于音频应用领域。本文基于音频应用领域设计了一款带宽为20KHz的低功耗高精度的ΣΔADC。本文重点对ADC的核心部分ΣΔ调制器进行了研究与设计:1.在系统级设计层面,为了实现高精度转换,调制器采用全差分离散时间4阶单比特量化CIFB结构,过采样率确定为128倍;为了提高最大稳定输入范围,引入调制器输入端到积分器输入端的前馈支路以抵消前三级积分器输出中的信号分量,避免了环路内信号总功率过大而引起量化器过载。2.在电路设计层面,本文对核心电路模块开关电容积分器进行了优化,创新性地提出前馈支路与反馈支路共享采样电容的结构,节省了近1/3的开关和电容,降低了动态功耗,节约了芯片面积。针对采样开关引入的非线性,设计了自举开关用于对输入信号采样,并使所有前馈支路共享此采样开关,减少了非线性的引入。此外本文还设计了升压时钟驱动器电路,提供高电平为2VDD的时钟来控制NMOS开关对反馈信号进行采样,极大地降低了反馈支路引入的非线性。在180nm CMOS工艺下完成了ΣΔ调制器的电路级设计,版图面积为440μm×550μm。后仿结果表明,在输入信号频率为6.25KHz时,最大稳定输入幅度为-4d BFS,峰值SNDR达到102d B,有效位数为16.7,在1.8V电源电压下功耗仅3.46m W,满足指标要求。最后在MATLAB中设计了数字抽取滤波器的数学模型。
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