低功耗音频Sigma-Delta调制器设计

发布时间：2021-03-30 04:59

　　随着集成电路深亚微米技术的快速发展,音频Sigma-Delta ADC在便携式多媒体播放器和手持音频设备中具有广泛的应用。其中高精度Sigma-Delta调制器的低功耗实现成为限制ADC性能的关键。本论文针对Sigma-Delta调制器的高精度和低功耗设计进行了具体研究,并完成了一款Sigma-Delta调制器的原型电路设计。本文首先调研了Sigma-Delta ADC的国内外现状,论述了Sigma-Delta ADC的基本原理及其发展和应用,分析并比较了各种常用结构的特点。根据课题设计要求,利用Matlab Simulink工具对调制器结构进行了行为级建模,在模型中针对实际电路中存在的各种非理性进行了模拟和仿真分析,针对仿真结果进行了参数优化,从而确定了三阶前馈单环单比特量化的Sigma-Delta调制结构。在该结构中,针对调制器中最关键的第一级积分器模块进行了低功耗优化设计:积分器中的核心运算放大器采用功耗效率最高的套筒型共源共栅结构,结合动态功耗匹配技术,能够将运放的功耗降低25%,同时采用开关电容共模反馈电路降低功耗并稳定输出共模电压。后两级积分器同样采用套筒型共源共栅结构,对... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同的调制器阶数与过采样率结合所对应的SNR理论值

图 3-4 Simulink 时钟抖动噪声模型Figure 3-4 Simulink clock jitter noise model3.2.3 采样开关热噪声采样开关的热噪声是由于开关电容电路可以等效为导通电阻而产生，由于其的大小与采样电容值成反比，与温度成正比，具有白噪声的频谱，因此又称作噪声。设计之初，需要对采样开关的热噪声进行建模。工作在深三极管区的 MOS 管在数值上等同于 Ron 的电阻，此电阻与采样电容连接后，便可通过对电阻的热噪声谱密度求积分可得总的热噪声功率为：(3-5)上式中，k 表示波尔兹曼常数其值为 1.38×10-23，T 表示绝对温度在室温下其值为 300，f 表示应用在积分器中采样电容 上的采样频率。开关热噪声与输入信号不相关，故此可直接叠加，所以可得积分器输入为：

图 3-5 Simulink 开关热噪声模型Figure 3-5 Simulink switch thermal noise model由于噪声分布在 上，呈现白噪声特性，因此噪声密度为：(3-7)通常状态中，第一级积分器将有 2 组输入进来的电容，其一用于对信号采样，其二是反馈信号的反馈电容，二者都会产生一定的热噪声。3.2.4 运放的噪声运算放大器的热噪声主要来源于输入差分对 MOS 管和电流源管的沟道热噪声，如图 3-6 所示为运算放大器的噪声模型。输入表示运放的输入相关热噪声有效值。这个噪声电压通常包括闪烁噪声，热噪声和直流失调噪声三部分。


本文编号：3108909