高精度Sigma-Delta A/D转换器的设计与研究
发布时间：2021-05-18 06:30
航天科技的快速发展对电子器件的可靠性提出了新的要求。空间辐射损伤是电子器件失效的主要因素之一。本论文主要针对应用于空间的高性能Sigma-Delta模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）设计展开,并探讨了抗辐射加固等问题。主要分为以下3个部分:1、16位抗辐射Sigma-Delta调制器。为得到更精确的模型,利用MATLAB对非理想系统进行建模分析。采用的单环前馈四阶结构的有效位数达到16.89 位。采用了 0.18μm 绝缘体上硅（Silicon-On-Insulator,SOI）工艺实现了 Sigma-Delta调制器电路与版图。核心模块包括:运算放大器、开关电容积分器、加法器、量化器、时钟生成电路与时钟驱动等。版图面积为550μm×845μm。电路经后仿真,在2kHz带宽处噪底为-116dB,ENOB达到16.31位,动态范围大于100dB,满足设计规范。2、两种抗辐射带隙基准加固电路。第一种是通过三极管发射极电压与输出电压的比例运算来消除三极管基极泄漏电流导致的误差。第二种是利用NPN三极管电路吸收PNP三极管辐射后产生的基极泄漏电流,稳定...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 论文的研究背景
1.1.1 技术背景
1.1.2 项目背景
1.2 Sigma-Delta转换器发展
1.3 国内外研究现状
1.4 本课题主要工作
1.5 本文的内容安排
2 Sigma-Delta技术简介
2.1 模数转换器的基本原理
2.1.1 采样定理
2.1.2 量化误差
2.2 模数转换器的指标
2.2.1 采样率
2.2.2 模数转换器动态特性指标
2.2.3 模数转换器静态特性指标
2.3 模数转换器的经典结构
2.3.1 全并行模数转换器
2.3.2 折叠式模数转换器
2.3.3 流水线型模数转换器
2.3.4 逐次逼近型模数转换器
2.3.5 Sigma-Delta模数转换器
2.4 Sigma-Delta调制器基本技术
2.4.1 过采样技术
2.4.2 噪声整形技术
2.5 Sigma-Delta调制器结构研究
2.5.1 单环高阶Sigma-Delta调制器结构
2.5.2 多级结构高阶Sigma-Delta调制器
2.5.3 连续时间Sigma-Delta调制器
2.5.4 带通Sigma-Delta调制器
3 传统CMOS器件辐射效应与SOI技术
3.1 辐射环境
3.2 传统CMOS器件辐射效应
3.2.1 总剂量效应
3.2.2 单粒子效应
3.3 抗辐射加固技术
3.3.1 体硅CMOS抗辐射加固技术
3.3.2 SOI CMOS抗辐射加固技术
3.3.3 改进的SOI CMOS结构
4 Sigma-Delta非理想模型与系统级设计
4.1 Sigma-Delta系统结构设计
4.1.1 Sigma-Delta调制器设计指标
4.1.2 Sigma-Delta调制器系统结构
4.1.3 Sigma-Delta调制器系数确定
4.2 Sigma-Delta非理想模型设计
4.2.1 采样时钟与采样开关的非理想性
4.2.2 运放的非理想性
4.3 Sigma-Delta非理想模型仿真结果
5 Sigma-Delta ADC调制器与抗总剂量带隙基准电路设计
5.1 Sigma-Delta ADC调制器电路结构
5.2 Sigma-Delta ADC调制器电路模块设计
5.2.1 运算放大器设计
5.2.2 积分器设计
5.2.3 量化器设计
5.2.4 无源加法器设计
5.2.5 两相非交叠时钟产生电路设计
5.3 抗总剂量辐射带隙基准电路加固设计
5.3.1 带隙基准总剂量辐射机理
5.3.2 第一种带隙基准辐射加固电路
5.3.3 第二种带隙基准辐射加固电路
5.3.4 带隙基准辐射加固电路仿真
5.4 Sigma-Delta ADC调制器电路整体结构与仿真结果
6 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器设计
6.1 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器结构
6.2 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器结构设计
6.2.1 CIC滤波器结构设计
6.2.2 CIC补偿滤波器结构设计
6.2.3 两级半带滤波器结构设计
6.3 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器代码设计与仿真结果
6.3.1 FIR滤波器结构算法改进
6.3.2 各级滤波器代码仿真结果
6.3.3 滤波器代码整体仿真结果
7 Sigma-Delta ADC调制器版图设计与后仿真
7.1 Sigma-Delta ADC调制器版图设计
7.2 Sigma-Delta ADC调制器版图后仿真
8 结论
8.1 论文工作总结
8.2 进一步展望
参考文献
附录A
附录B
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间环境事件对航天器异常影响预警研究[J]. 吴臻,杨萍,赵振岩. 质量与可靠性. 2017(04)
[2]SOI材料和器件抗辐射加固技术[J]. 张正选,邹世昌. 科学通报. 2017(10)
[3]抗辐射加固CMOS基准设计[J]. 刘智,杨力宏,姚和平,梁希. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(01)
[4]半导体材料辐射效应的表征与分析[J]. 曾光,刘许强,杨娜,杨桂霞. 半导体技术. 2017(01)
[5]纳米级CMOS集成电路的发展状况及辐射效应[J]. 刘忠立. 太赫兹科学与电子信息学报. 2016(06)
[6]基于Σ-Δ型ADC的过采样应用[J]. 曾宝莹,叶健滨. 电子测试. 2016(13)
博士论文
[1]高精度Sigma-Delta调制器研究及ASIC实现[D]. 曹桂平.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]基于磁阻传感器的三维电子罗盘的设计与研究[D]. 李淑婷.长安大学 2013
[2]基于终端电容复用开关策略的11位逐次逼近型ADC的研究与设计[D]. 秦琳.浙江大学 2012
[3]SOI NMOS器件的总剂量辐射效应研究[D]. 申远.西安电子科技大学 2012
[4]集成电路单元的抗辐射设计[D]. 藏鑫.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3193301
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 论文的研究背景
1.1.1 技术背景
1.1.2 项目背景
1.2 Sigma-Delta转换器发展
1.3 国内外研究现状
1.4 本课题主要工作
1.5 本文的内容安排
2 Sigma-Delta技术简介
2.1 模数转换器的基本原理
2.1.1 采样定理
2.1.2 量化误差
2.2 模数转换器的指标
2.2.1 采样率
2.2.2 模数转换器动态特性指标
2.2.3 模数转换器静态特性指标
2.3 模数转换器的经典结构
2.3.1 全并行模数转换器
2.3.2 折叠式模数转换器
2.3.3 流水线型模数转换器
2.3.4 逐次逼近型模数转换器
2.3.5 Sigma-Delta模数转换器
2.4 Sigma-Delta调制器基本技术
2.4.1 过采样技术
2.4.2 噪声整形技术
2.5 Sigma-Delta调制器结构研究
2.5.1 单环高阶Sigma-Delta调制器结构
2.5.2 多级结构高阶Sigma-Delta调制器
2.5.3 连续时间Sigma-Delta调制器
2.5.4 带通Sigma-Delta调制器
3 传统CMOS器件辐射效应与SOI技术
3.1 辐射环境
3.2 传统CMOS器件辐射效应
3.2.1 总剂量效应
3.2.2 单粒子效应
3.3 抗辐射加固技术
3.3.1 体硅CMOS抗辐射加固技术
3.3.2 SOI CMOS抗辐射加固技术
3.3.3 改进的SOI CMOS结构
4 Sigma-Delta非理想模型与系统级设计
4.1 Sigma-Delta系统结构设计
4.1.1 Sigma-Delta调制器设计指标
4.1.2 Sigma-Delta调制器系统结构
4.1.3 Sigma-Delta调制器系数确定
4.2 Sigma-Delta非理想模型设计
4.2.1 采样时钟与采样开关的非理想性
4.2.2 运放的非理想性
4.3 Sigma-Delta非理想模型仿真结果
5 Sigma-Delta ADC调制器与抗总剂量带隙基准电路设计
5.1 Sigma-Delta ADC调制器电路结构
5.2 Sigma-Delta ADC调制器电路模块设计
5.2.1 运算放大器设计
5.2.2 积分器设计
5.2.3 量化器设计
5.2.4 无源加法器设计
5.2.5 两相非交叠时钟产生电路设计
5.3 抗总剂量辐射带隙基准电路加固设计
5.3.1 带隙基准总剂量辐射机理
5.3.2 第一种带隙基准辐射加固电路
5.3.3 第二种带隙基准辐射加固电路
5.3.4 带隙基准辐射加固电路仿真
5.4 Sigma-Delta ADC调制器电路整体结构与仿真结果
6 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器设计
6.1 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器结构
6.2 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器结构设计
6.2.1 CIC滤波器结构设计
6.2.2 CIC补偿滤波器结构设计
6.2.3 两级半带滤波器结构设计
6.3 Sigma-Delta ADC数字降采样滤波器代码设计与仿真结果
6.3.1 FIR滤波器结构算法改进
6.3.2 各级滤波器代码仿真结果
6.3.3 滤波器代码整体仿真结果
7 Sigma-Delta ADC调制器版图设计与后仿真
7.1 Sigma-Delta ADC调制器版图设计
7.2 Sigma-Delta ADC调制器版图后仿真
8 结论
8.1 论文工作总结
8.2 进一步展望
参考文献
附录A
附录B
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间环境事件对航天器异常影响预警研究[J]. 吴臻,杨萍,赵振岩. 质量与可靠性. 2017(04)
[2]SOI材料和器件抗辐射加固技术[J]. 张正选,邹世昌. 科学通报. 2017(10)
[3]抗辐射加固CMOS基准设计[J]. 刘智,杨力宏,姚和平,梁希. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(01)
[4]半导体材料辐射效应的表征与分析[J]. 曾光,刘许强,杨娜,杨桂霞. 半导体技术. 2017(01)
[5]纳米级CMOS集成电路的发展状况及辐射效应[J]. 刘忠立. 太赫兹科学与电子信息学报. 2016(06)
[6]基于Σ-Δ型ADC的过采样应用[J]. 曾宝莹,叶健滨. 电子测试. 2016(13)
博士论文
[1]高精度Sigma-Delta调制器研究及ASIC实现[D]. 曹桂平.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]基于磁阻传感器的三维电子罗盘的设计与研究[D]. 李淑婷.长安大学 2013
[2]基于终端电容复用开关策略的11位逐次逼近型ADC的研究与设计[D]. 秦琳.浙江大学 2012
[3]SOI NMOS器件的总剂量辐射效应研究[D]. 申远.西安电子科技大学 2012
[4]集成电路单元的抗辐射设计[D]. 藏鑫.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3193301
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3193301.html
