高精度高能效Sigma Delta调制器的研究与设计

发布时间：2021-01-15 20:08

　　当前,高精度Sigma-Delta ADC被广泛应用在高品质音频,精密仪器仪表设备,传感器接口等领域当中。由于高精度Sigma-Delta ADC的采样频率需要远高于工作带宽,因此当前高精度Sigma-Delta ADC主要用于对中低频信号（带宽低于100kHz）进行模数转换,以便将系统功耗控制在合理范围。然而随着科技的进步,越来越多需要对较大带宽信号进行超高精度模数转换的应用场景逐渐出现。鉴于这一趋势,当前高精度Sigma-Delta ADC的研究方向逐渐侧重于在保证精度与速度的同时降低系统功耗,即提高ADC的能效。由于Sigma-Delta ADC的功耗主要集中于调制器部分,因此本文将设计一款高精度高能效的离散时间Sigma-Delta调制器。本文首先分析并比较了当前主流调制器系统架构的能效水平,并从中选取出最有利于实现高能效的架构,即前馈型单环高阶多位量化架构。其次,本文针对该架构的具体实现难点,例如求和电路、反馈DAC失配校正模块等,提出了相应高能效解决方案的具体电路结构。最后,本文在180 nm CMOS工艺下完成了该款Sigma-Delta调制器的整体电路设计与版图绘制,并... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

990-2018年各类会议/期刊发表的Sigma-Delta调制器能效情况[1]

式中的 P 代表 ADC 消耗的功耗，SNDR 代表 ADC 的信噪失真比（以分贝为单位），BW 为 ADC 的有效带宽。Schreier 优值是一个无量纲变量，为简洁性常使用分贝表示形式。和 Walden 优值相比，Schreier 优值在高精度场合下并不会有下降趋势。根据式（3-2），即使芯片内部的热噪声在总噪声源中占主导，若 ADC 的SNDR 下降 6 dB，那么其采样电容可以降为原来的 1/4，导致 ADC 整体功耗也降为原来的 1/4 左右，Schreier 优值可以维持恒定。 图 3-3 展示了 1997-2020 年期间发表在 ISSCC 和 VLSI 的各类型 ADC 的等效奈奎斯特频率与 Schreier 优值的关系[22]。与 Walden 优值类似，Schreier 优值在高频段也存在明显的下降趋势。

【参考文献】：
博士论文
[1]高性能音频Delta-Sigma数据转换器的设计与优化技术研究[D]. 赵津晨.浙江大学 2013

硕士论文
[1]高精度离散时间∑-△调制器的研究与设计[D]. 李华省.电子科技大学 2014



本文编号：2979438