基于压控振荡器的模数转换器关键电路的设计与研究

发布时间：2017-09-20 01:00

  本文关键词：基于压控振荡器的模数转换器关键电路的设计与研究

  更多相关文章： sigma-delta调制器 压控振荡器 时域量化

【摘要】：先进的CMOS工艺提供了更快的开关速度和更高的晶体管集成密度,这为我们对于模拟信号到数字信号的转换方式提供了新的思路,即是时域处理的方法。我们先将传统电压域模拟信号转换成时间域信号,然后再将时间域信号转换成数字域信号,即可完成模拟到数字的转换,即可实现电压信号的量化。压控振荡器(VCO)能够实现信号从电压域到时间域转换的功能。基于时间域的量化方式的分辨率随着晶体管特征频率的提高而提高。因此,由此构成的模数转换器能够受益于工艺的升级而获得性能的提高。本文基于180 nm CMOS工艺,对基于VCO的sigma-delta型ADC的关键电路模块进行设计与研究。本文将压控振荡器VCO用于量化器当中;同时,采用差分双环路结构来降低系统谐波失真。最后,设计出一款400 MHz采样频率,10 MHz带宽,11位有效位数的sigma-delta调制器。通过行为级仿真,建立基于压控振荡器的量化器数学模型。在理论分析的基础上,利用压控振荡器进行相位量化。环形结构的压控振荡器的多级输出更可用于多相位量化,从而实现多位量化器的功能。行为级仿真验证了基于压控振荡器的量化器自身拥有一阶噪声整形的特点,可适用于高速、高精度的模数转换应用场合。同时,为了克服量化器自身的非线性,本文设计并不采用电压直接控制振荡器的做法,而是利用电流进行控制。先将信号通过高线性度的电压-电流转换模块转换成电流信号,再用该信号对振荡器频率进行控制。仿真证明,该结构能将量化器高次谐波降低,尤其是三次谐波系数能够下降一个数量级,而量化器以及系统的偶次谐波能够通过双差分量化器结构得以消除。本文对于连续时间型环路滤波器的设计利用脉冲响应不变法,将离散型结构转换成等价的连续型结构。利用Cppsim仿真软件以及Matlab数值计算方法,加入噪声,系数失配等非理想因素,验证了连续型结构的滤波器能够稳定正常工作。然后通过信号流方式,获得具体电路结构以及相关系数。同时,采用非归零电流舵作为反馈的数模转换(DAC)的结构形式。基于压控振荡器的量化器,连续时间型环路滤波器以及反馈DAC共同构建了连续时间型双环路差分sigma-delta调制器。利用Hspice在180 nm工艺下的晶体管级仿真得到SNR为70 dB,SNDR为68.8 d B,ENOB为11位的性能。
【关键词】：sigma-delta调制器 压控振荡器 时域量化
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN792
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究工作的背景与意义10-11
• 1.2 基于压控振荡器的ADC的研究现状与成果11-13
• 1.3 本论文的结构安排13-14
• 第二章 连续时间型sigma-delta模数转换器概述14-26
• 2.1 sigma-delta调制器的工作原理14-21
• 2.1.1 过采样技术15-17
• 2.1.2 噪声整形技术17-21
• 2.2 CT型与DT型sigma-delta调制器的对比21-25
• 2.2.1 CT型与DT型结构的模块比较22-23
• 2.2.2 sigma-delta调制器DT型到CT型的转换23-25
• 2.3 本章小节25-26
• 第三章 基于压控振荡器的量化器的建模与分析26-36
• 3.1 环形压控振荡器的基本工作原理26-27
• 3.2 环形压控振荡器的性质27-33
• 3.3 基于压控振荡器的量化器与基于比较器的量化器的比较33-35
• 3.4 本章小节35-36
• 第四章 sigma-delta调制器系统建模及滤波器综合36-51
• 4.1 sigma-delta系统整体框架的设计36-42
• 4.2 系统行为级仿真与非理想特性分析42-45
• 4.3 环路滤波器传输函数的综合45-50
• 4.4 本章小节50-51
• 第五章 系统关键模块的电路设计51-71
• 5.1 连续时间环路滤波器的电路设计51-53
• 5.2 基于压控振荡器的量化器的电路设计53-63
• 5.3 主环路与次环路反馈DAC的电路设计63-69
• 5.4 整体sigma-delta调制器系统仿真69-70
• 5.5 本章小节70-71
• 第六章 全文总结与展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间取得的成果77-78

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本文编号：884944