高精度sigma-delta ADC中PGA的设计

发布时间：2017-09-18 09:48

  本文关键词：高精度sigma-delta ADC中PGA的设计

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【摘要】：过采样求和-增量模数转换器sigma-delta ADC( Σ-△ ADC)是当前高精度ADC的一种主流结构。可编程增益放大电路(Programmable Gain Amplifier,以下简称PGA)可对其模拟电路部分信号进行放大或衰减,使其输入信号接近ADC模块的满量程值,以保证转换精度,优化整个系统的动态范围。本文设计了应用于高精度∑-△ADC的PGA电路,其结构由运算放大器、开关电容电路以及一些附加电路组成。PGA中的运算放大器设计是本文设计的重点。本文采用增益提升结构来增大整个运算放大器的增益,从而降低PGA的误差；引入斩波稳定技术,明显降低了输入信号以及运算放大器本身所产生的噪声,提高了运算放大器的信噪比；采用轨到轨技术提高运算放大器的性能,利用偏置电路的设计,在降低功耗的同时增大了信号的输出范围,同时也提高了信号的驱动能力,使其输出信号更好地满足后接调制器的输入信号要求。电路通过时钟调整转换开关的接通调整放大器的放大倍数,从而实现1、2、64、128的增益,将输入信号根据实际要求自动调整到适合A/D转换的最佳输入范围, 再进行A/D转换,从而有效保证在低输入时ADC的转换精度。在0.35μmCMOS工艺模型下,利用Cadence Spectre仿真工具对PGA电路中的运算放大器进行仿真,结果表明能有效满足后续调制器性能指标的要求：±2.5V的输入信号范围以及较高的信噪比。
【关键词】：∑-△ADC 增益可编程 斩波稳定 轨到轨
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN792
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• abstract9-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-20
• 1.1.1 ∑-△ADC15-18
• 1.1.2 PGA18-20
• 1.2 研究意义20-21
• 1.3 论文的主要工作与组织结构21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第二章 可编程增益放大电路(PGA)原理23-33
• 2.1 PGA的性能指标23-24
• 2.2 PGA架构24-26
• 2.2.1 PGA电路性能描述24-25
• 2.2.2 PGA电路整体架构25-26
• 2.3 PGA实现原理26-32
• 2.3.1 不同增益的实现原理26-28
• 2.3.2 共模输入信号的要求28-29
• 2.3.3 斩波稳定(CHS：Chopper stabilized)的基本原理29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 PGA关键电路的设计33-65
• 3.1 PGA的具体架构33-36
• 3.1.1 PGA第一级的具体结构33-34
• 3.1.2 PGA第二级的具体结构34-35
• 3.1.3 PGA中运算放大器结构的选择35-36
• 3.2 斩波稳定运算放大器36-53
• 3.2.1 PGA中斩波稳定运算放大器输入级的设计37-39
• 3.2.2 PGA中斩波稳定运算放大器中间级的设计39-43
• 3.2.3 PGA中斩波稳定运算放大器输出级的设计43-46
• 3.2.4 PGA中斩波稳定运算放大器中斩波技术46-52
• 3.2.5 PGA中斩波稳定运算放大器偏置电路的设计52-53
• 3.3 轨到轨运算放大器53-63
• 3.3.1 轨到轨输入的实现55-58
• 3.3.2 轨到轨输出的实现58-61
• 3.3.3 偏置电路设计61-62
• 3.3.4 轨到轨运算放大器的整体结构62-63
• 3.4 开关电容电路63-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第四章 PGA仿真与分析65-76
• 4.1 PGA第一级电路仿真65-70
• 4.2 PGA第二级电路仿真70-73
• 4.3 PGA整体电路仿真73-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈铖颖;胡晓宇;范军;黑勇;;A 55-dB SNDR,2.2-m W double chopper-stabilized analog front-end for a thermopile sensor[J];Journal of Semiconductors;2014年05期

2 郭峰;李智群;陈东东;李海松;王志功;;宽带CMOS可变增益放大器的设计[J];半导体学报;2007年12期

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本文编号：874829