4阶全差分sigma-delta调制器设计与研究

发布时间：2020-02-16 05:04

【摘要】：Sigma-delta ADC采用过采样和噪声整形技术,达到了传统ADC无法达到的高精度。随着对sigma-delta技术的研究逐步展开和深入,sigma-delta ADC朝着高精度、低功耗、高采样率的方向拓展。如今已经被广泛应用于测量检测系统、数字音频、通信等各个不同的领域。而sigma-delta ADC主要由sigma-delta调制器和数字滤波器构成。基于此,本文提出了一款应用于测量检测系统的高精度的sigma-delta调制器。为了有效的减小非线性,提高调制器的整体性能,本次调制器的设计采用了四阶单环一位量化的CIFB结构。结合本文提出的调制器的系统设计方法,在MATLAB中综合利用DSToolbox工具包,高效完成了整体调制器系统的行为级的仿真。仿真结果表明调整器的SNDR达到了112d B。与此同时,在行为级仿真时的非理想因素都被参数化之后用于电路级模块设计的性能指标。在Cadence IC设计环境中,采用GSMC130nm CMOS工艺,完成了整个调制器的设计。调制器采用全差分开关电容结构,有效的减小了偶次谐波,降低了功耗、抑制电路非线性的影响。调制器整体采用3.3V的工作电压,在采样时钟为1MHz,输入-4.4BFS的1KHz信号时,仿真得到最后系统的SNDR达到了107d B,有效位数为17.6bit。实现了调制器的整体设计指标,达到了高精度的要求。最终完成调制器的整体的版图的绘制。
【图文】：

幅频响应曲线,滤波器,Butterworth滤波器,查表法

下一步的设计。表3-2不同方法进行零极点优化得到的性能零点优化方法极点优化方法 SNR（dB）1 滤波器法Butterworth滤波器法 129.7Shebyshev-Ⅱ滤波器法 128.82 滤波器法迭代法 129.23 查表法Butterworth滤波器法 131.5Shebyshev-Ⅱ滤波器法 130.04 查表法迭代法 129.55 realizeNTF函数 130.5最后得到优化后的NTF的频率响应图和对应零极点图3.1和3.2。对应的零点值为z1,2 =0.9993 ±0.02133i；z3,4=0.997±0.008377i对应的极点为p1,2 =0.8509 ±0.2509i；z3,4=0.7462±0.08806i

噪声传递函数,调制器

治龊蜕杓?4 阶全差分 sigma-delta 调制器分析与设计26图3.2 噪声传递函数零极点图3.3 调制器传递函数到结构拓扑系数的映射和优化CIFB 的结构的调制器的模型如图 3.3 所示，其中 c 代表积分器的增益系数，用来调节积分器的输出摆幅；a 代表反馈增益系数，和传递函数的极点相关，调节 a 的大小可以调节噪声传递函数的极点，b 为输入前馈系数，和信号传递函数有关，对于CIFB 结构可以将 b（i≠1）都取为 0，这样可以得到带宽内最大平坦的 stf，级间增益系数 g 则用来调整 NTF 的零点。这里介绍两种方法实现映射和优化。方法一：通过计算可以得到图 3.2 对应的 NTF 如下： ( ) ( ) ( ) (3.6)上节中得到的 ( )( )两者进行对比就可以列出方程组。解上述得到的方程组就可以得到最后的系数。采用这种方法需要大量的计算
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN761

【参考文献】