基于130nm CMOS的低压低功耗音频Sigma-Delta调制器的研究与设计

发布时间：2019-02-26 20:39

【摘要】：由于高精度的优势,Sigma-Delta (Σ△)调制器在音频设备、仪器测量、通信和传感器等领域得到广泛应用。随着多媒体SOC芯片的蓬勃发展,国内自主研发出低功耗、低成本、高精度的音频∑△ADC成为迫切需要。同时为了延长电子设备待机时间和集成更多有用的模块,针对这种需求,本文研究和设计一款低压低功耗基于音频应用的∑△ADC非常具有现实意义。 最近几年,国内外设计∑A ADC的最新趋势是选用低功耗的量化器进行多比特量化,但量化噪声和DAC非线性导致的噪声,成为影响系统信噪失真比(signal-to-noise and distortion ratio, SNDR)的主要因素。本文结合采用几种关键技术来降低功耗和提高系统SNDR。低功耗的实现主要从两个方面着手,一方面文中调制器工作在0.6V低压下,系统引入前馈路径和多比特反馈结构来降低积分通路信号摆幅,并且积分器使用相关双采样技术来降低积分泄漏和提高有效增益；另一方面,本文首次提出前馈通路和积分通路分别量化后数字相加的方法,来避免无源相加导致的信号衰减和有源相加带来的面积、功耗问题。这几个关键技术都降低了运放的输入输出摆幅,对其带宽和增益的要求降低,从而降低功耗。 在提高系统SNDR方面,设计主要面临量化噪声和DAC非线性引起调制器性能下降的难题。本文中的EA调制器采用8-bit逐次逼近型ADC作为前馈量化器,取代传统Flash型量化器,对系统进行深度量化,降低量化噪声。另外,采用数据权重平均技术来解决多比特反馈系统中DAC的非线性问题,它对DAC的失配噪声做一阶整形,从而提高了系统的线性度,并且采用数字截断技术来降低DWA的逻辑复杂度和功耗。 基于TSMC130nm工艺本文设计并且实现了一款0.6V低压工作,功耗仅为22μW的音频∑△ADC,其核心面积只有0.25mm2。在输入信号频率为12.5kHz,幅度为500mV,采样信号频率为800kHz的情况下,测试得出的SNDR达到77.3dB,其品质因素为0.076(pJ/step),满足音频设备应用要求。
[Abstract]:Because of its high precision, Sigma-Delta (危) modulator is widely used in audio equipment, instrument measurement, communication and sensors. With the rapid development of multimedia SOC chips, it is urgent to develop audio 鈭，

本文编号：2431129