【摘 要】
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随着电子技术的高速发展,高精度测量系统对模数转换器(ADC)的性能提出了更高的精度和更低的功耗要求。过采样Sigma-Delta ADC基于特有的过采样技术和噪声整形技术具有速度快,精度高、功耗低的优点,是高精度ADC的首选方案。Sigma-Delta调制器作为Sigma-Delta ADC的模拟电路部分,其电路性能直接决定了Sigma-Delta ADC系统可达到的最高精度。本课题主要针对Sig
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随着电子技术的高速发展,高精度测量系统对模数转换器(ADC)的性能提出了更高的精度和更低的功耗要求。过采样Sigma-Delta ADC基于特有的过采样技术和噪声整形技术具有速度快,精度高、功耗低的优点,是高精度ADC的首选方案。Sigma-Delta调制器作为Sigma-Delta ADC的模拟电路部分,其电路性能直接决定了Sigma-Delta ADC系统可达到的最高精度。本课题主要针对Sigma-Delta ADC中的核心电路Sigma-Delta调制器进行研究与设计,主要工作包括:(1)完成了Sigma-Delta调制器系统建模及性能验证,充分考虑非理想因素对Sigma-Delta调制器性能的影响后,搭建了含有非理想因素的Sigma-Delta调制器系统模型。验证结果显示所设计调制器的信噪比(SNR)为128.6d B,有效位数达到了21.07bits,且三级积分器的输出摆幅均不存在过载现象,电路模型工作正常。(2)完成Sigma-Delta调制器整体电路模块的设计及前仿真。为了契合高精度的设计目标,在第一级积分器内部设计了斩波稳定电路来抑制闪烁噪声和失调对第一级积分器的干扰。内部的运算放大器电路采用高速高增益的折叠式共源共栅结构并以PMOS管作为输入对管来降低1/f噪声。加法器采用电容无源加法器对前馈电路求和,单比特量化器采用速度快、功耗低的Class-AB锁存比较器来尽可能降低整体电路功耗。调制器在输入信号幅度为500m V,过采样率位256的前提下,SNR为120.9d B,有效位数达到了19.79bits,整个调制器系统所消耗的功耗为3.65m W。(3)基于SMIC 0.18um COMS工艺完成了Sigma-Delta调制器的版图设计、绘制、验证及调制器系统的后仿真。整体调制器系统供电电压为1.8V,版图面积为为0.022mm~2,后仿真结果显示:输入频率为12KHz,幅值为500m V的正弦波时,调制器系统的信噪比(SNR)为118.8d B,对应的有效位数为19.44bits,整体调制器系统所消耗的电路功耗为3.65m W。
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