传感器信号处理SoC中SAR_ΣΔ调制器的设计与实现
发布时间：2020-12-29 05:21
随着消费电子产业和物联网的发展,传感器被广泛应用在各个领域。模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）作为传感器信号的接口,是传感器应用系统中不可缺少的部分。Σ-ΔADC由于其高分辨率特性和较低的工艺要求,被广泛应用在各传感器信号处理系统中。但由于其内在的结构特性,为防止信号过载,实际应用中往往需要限制信号输入范围,同时降低了ADC的动态范围（Dyanmic Range,DR）。在满足传感器信号处理系统高精度要求的同时,实现对Σ-ΔADC动态范围的优化是设计中急需解决的问题。本文首先从Σ-Δ调制器的实现原理出发,结合电路设计中的问题,分析了影响Σ-ΔADC动态范围的因素;然后基于参考电压动态调节的思路,设计了一种SARΣΔ调制器,采用5位SAR ADC和三阶调制器的混合结构,采样频率5.12MHz,信号带宽10kHz。本设计引入了前置的SAR ADC对输入信号进行粗转换,转换结果用于动态调整Σ-Δ调制器的参考电压;在减小量化噪声优化动态范围的同时,减小了对调制器阶数和过采样率（Over-sampling Rate,OSR）的要求,...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发表在ISSCC与VLSI上的ADC的FoMs与采样频率
图 3-5 本文采用 SAR_ΣΔ 调制器理论建模基于 Simulink 搭建整体 SAR_ΣΔ 调制器模型[34][35]，如图 3-5 所示。然后利用Simulink 内的 PSD 工具对 SAR_ΣΔ 调制器系统整体进行理论仿真，为计算带内的 3次谐波且便于 FFT 分析，输入-6dB 的频率为 2.413kHz 的正弦信号。经反复迭代优化和考虑系数的电路实现难度，确定了本文 ΣΔ 调制器的环路参数如表 3-2 所示。表 3-2 三阶 Σ-Δ 调制器的环路参数参数 A1A2A3B1B2B3R值 2 0.2 0.2 0.75 1 0.75 1系统仿真结果如图 3-6 所示，系统整体达到了 133.7dB 的 SNR，为后续电路设计中的非理想特性保留了足够的噪声容限。至此，确认了本系统的所有结构参数，系统整体结构如图 3-7 所示。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文功率 Vn2满足[41]： = π (3-22)其中 W、L 分别为 MOS 管的宽长，由此可以得出，要减少 MOS 管闪烁噪声的影响，需要适当地增加 MOS 管的尺寸。载流子引起的热噪声和 MOS 管的闪烁噪声共同影响运放的噪声。运放噪声影响积分器的噪声性能，同时由于噪声源在调制器的不同路径和位置上，对噪声性能的影响也不同，本文在下小节对各非理想因素和噪声进行整体定量分析。3.2.4 非理想特性建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于MEMS传感器的三阶Σ-Δ调制器设计[J]. 苏小波,柴旭朝,戴欢,顾晓峰,于宗光. 微电子学. 2010(05)
[2]一种14位、1.4MS/s、多位量化的级联型Σ△调制器[J]. 方杰,易婷,迮德东,郑宇驰,洪志良. 固体电子学研究与进展. 2005(01)
硕士论文
[1]应用于音频设备的14bit∑-ΔADC的研究与设计[D]. 董阳.北京工业大学 2015
[2]Sigma-delta调制器的研究及其在SIMULINK环境下建模[D]. 周伶俐.华中科技大学 2007
本文编号：2945089
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发表在ISSCC与VLSI上的ADC的FoMs与采样频率
图 3-5 本文采用 SAR_ΣΔ 调制器理论建模基于 Simulink 搭建整体 SAR_ΣΔ 调制器模型[34][35]，如图 3-5 所示。然后利用Simulink 内的 PSD 工具对 SAR_ΣΔ 调制器系统整体进行理论仿真，为计算带内的 3次谐波且便于 FFT 分析，输入-6dB 的频率为 2.413kHz 的正弦信号。经反复迭代优化和考虑系数的电路实现难度，确定了本文 ΣΔ 调制器的环路参数如表 3-2 所示。表 3-2 三阶 Σ-Δ 调制器的环路参数参数 A1A2A3B1B2B3R值 2 0.2 0.2 0.75 1 0.75 1系统仿真结果如图 3-6 所示，系统整体达到了 133.7dB 的 SNR，为后续电路设计中的非理想特性保留了足够的噪声容限。至此，确认了本系统的所有结构参数，系统整体结构如图 3-7 所示。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文功率 Vn2满足[41]： = π (3-22)其中 W、L 分别为 MOS 管的宽长，由此可以得出，要减少 MOS 管闪烁噪声的影响，需要适当地增加 MOS 管的尺寸。载流子引起的热噪声和 MOS 管的闪烁噪声共同影响运放的噪声。运放噪声影响积分器的噪声性能，同时由于噪声源在调制器的不同路径和位置上，对噪声性能的影响也不同，本文在下小节对各非理想因素和噪声进行整体定量分析。3.2.4 非理想特性建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于MEMS传感器的三阶Σ-Δ调制器设计[J]. 苏小波,柴旭朝,戴欢,顾晓峰,于宗光. 微电子学. 2010(05)
[2]一种14位、1.4MS/s、多位量化的级联型Σ△调制器[J]. 方杰,易婷,迮德东,郑宇驰,洪志良. 固体电子学研究与进展. 2005(01)
硕士论文
[1]应用于音频设备的14bit∑-ΔADC的研究与设计[D]. 董阳.北京工业大学 2015
[2]Sigma-delta调制器的研究及其在SIMULINK环境下建模[D]. 周伶俐.华中科技大学 2007
本文编号：2945089
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