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数字中频接收机在中频段就对模拟信号采样并数字化,将信道选择、下变频和解调等无线电功能搬移到可编程的数字硬件或软件平台上,增加了接收多标准信号的灵活性,成为多模、多频移动终端接收机的一种重要结构。带通△∑模数转换器采用过采样和量化噪声调制技术,同时结合数字滤波技术,能实现高频窄带信号的高精度模数转换。与传统的Nyquist率模数转换技术相比,带通△∑模数转换器不必采用高精度的元器件和特殊的工艺条件,也不必采用电路校正技术,能用数字集成电路工艺实现,可以满足多模数字中频接收机对模数转换器低功耗和高动态范围的要求。
本文从△∑模数转换器的基本理论出发,系统地研究多模数字中频接收机中带通△∑模数转换器的设计技术,包括转换器的结构和行为级设计,及其各模块的电路设计,并且设计实现一种针对多模中频信号,可重构的带通△∑模数转换器电路。首先,作为带通△∑模数转换器的设计基础,比较Nyquist率和AEADC的量化噪声特性,讨论了△∑调制器的原理和性能参数,以及抽取滤波器的基本原理。在可重构带通△∑模数转换器的结构和行为级设计方面:在对数字接收机和带通△∑调制器各类结构分析的基础上,提出了一种多模数字中频接收机结构,研究并提出一种适用于多标准中频信号数字化的多模信号带通△∑调制器结构。通过对调制器电路中各种非理想特性的深入分析,基于Simulink建立了调制器的行为级模型,采用Top-Down设计方法,通过行为级仿真和优化,确定多模信号带通调制器的结构系数和调制器中各模块电路的设计约束,为模块电路提供设计目标。
在电路设计方面:讨论带通△∑模数转换器中主要模块的电路设计技术,包括谐振器、运算放大器,比较器、开关、反馈DAC和抽取滤波器等,分析它们在速度、精度和功耗等方面的折衷;设计了一种改进的全差分Folded Cascode跨导运放;并对提出的改进型动态闩锁电压比较器进行了详细的分析和优化设计;采用分布式算法,在FPGA中实现了可重构抽取滤波器设计。
本文采用0.35μm CMOS工艺设计了一种用于多模移动终端接收机中的可重构带通△∑模数转换器,对GSM、TD-SCDMA和WCDMA标准中频信号模数转换,当采样频率为80MHz,单电源电压2.5v时,动态范围分别为85.3dB、76dB、56.5dB。与参考文献中的转换器比较表明:本文设计具有较好的性能。