本文關(guān)鍵詞：數(shù)字陀螺Sigma-Delta調(diào)制器的設(shè)計

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【摘要】：隨著集成電路工藝的迅速發(fā)展,在信號處理系統(tǒng)中對信號進行存儲和運算的數(shù)字集成電路功能越來越強大,而用來采集自然界中模擬信號的傳感器和傳感器接口電路成為了限制信號處理系統(tǒng)能力的關(guān)鍵因素。數(shù)字化陀螺傳感器是MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)傳感器的一個重要發(fā)展方向,被廣泛應(yīng)用在軍用和商用的電子類產(chǎn)品中,為實現(xiàn)具有數(shù)字化輸出功能的陀螺傳感器需要高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,Sigma-Delta調(diào)制器是高精度Sigma-Delta ADC的關(guān)鍵部分,決定著ADC的轉(zhuǎn)換精度并影響整個陀螺傳感器的性能,設(shè)計高精度低失真Sigma-Delta調(diào)制器對提升陀螺傳感器性能具有重要意義。目前關(guān)于Sigma-Delta調(diào)制器的噪聲和諧波失真分析仍有待完善,本文針對高性能Sigma-Delta調(diào)制器的噪聲和諧波失真問題進行研究,設(shè)計高精度Sigma-Delta調(diào)制器。利用Matlab完成用四階單環(huán)全前饋一位量化Sigma-Delta制器系統(tǒng)級設(shè)計。在調(diào)制器噪聲分析中將各噪聲源等效為積分器輸入或輸出噪聲,確定主要噪聲源為第一級積分器的跨導(dǎo)運算放大器噪聲和第一、二級積分器關(guān)導(dǎo)通電阻熱噪聲以及開關(guān)電容電路中的混疊噪聲。理論分析諧波失真源,建立系統(tǒng)級的Simulink非理想模型并進行相應(yīng)電路仿真,驗證理論分析的正確性,得出主要諧波失真源為積分器的非線性建立誤差,開關(guān)非線性導(dǎo)通電阻的和非線性電容。采用0.35um CMOS工藝設(shè)計全差分開關(guān)電容Sigma-Delta調(diào)制器電路,利用雙采樣和斬波技術(shù)增大信號帶寬和消除低頻1/f噪聲,完成低失真增益自舉跨導(dǎo)運算放大器、CMOS開關(guān)、動態(tài)比較器和前饋求和等電路單元設(shè)計后繪制調(diào)制器電路版圖,設(shè)計芯片測試印刷電路板(PCB),搭建測試平臺,電路測試中芯片采用5V電源電壓,當(dāng)采樣頻率2.5MHz,功耗為9mW,最大輸入信號幅度為-3dBFs,1Hz動態(tài)范圍約為132dB,信號帶寬為10kHz時最大信噪比為89dB、動態(tài)范圍為92dB。
【關(guān)鍵詞】：陀螺接口電路 開關(guān)電容電路 Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器 跨導(dǎo)運算放大器 低失真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN761;TP212;TH-39
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展及現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 研究現(xiàn)狀簡介11
• 1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3 主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 Sigma-Delta調(diào)制器工作原理17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 ADC性能參數(shù)17-19
• 2.2.1 靜態(tài)性能參數(shù)17
• 2.2.2 動態(tài)性能參數(shù)17-19
• 2.3 Sigma-Delta調(diào)制器19-22
• 2.3.1 過采樣技術(shù)19-20
• 2.3.2 噪聲整形技術(shù)20-22
• 2.4 Sigma-Delta調(diào)制器分類22-28
• 2.4.1 單環(huán)與級聯(lián)調(diào)制器22-26
• 2.4.2 一位量化與多位量化器調(diào)制器26
• 2.4.3 低通與帶通調(diào)制器26-27
• 2.4.4 連續(xù)時間與離散時間電路27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 調(diào)制器系統(tǒng)設(shè)計和電路非理想因素分析29-50
• 3.1 引言29
• 3.2 調(diào)制器系統(tǒng)級設(shè)計29-31
• 3.2.1 調(diào)制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇29-30
• 3.2.2 系統(tǒng)級仿真30-31
• 3.3 調(diào)制器噪聲分析31-39
• 3.3.1 等效噪聲分析31-32
• 3.3.2 開關(guān)導(dǎo)通電阻噪聲32-35
• 3.3.3 跨導(dǎo)運算放大器噪聲35-38
• 3.3.4 時鐘抖動噪聲38-39
• 3.4 調(diào)制器諧波失真分析39-49
• 3.4.1 積分器建立誤差39-46
• 3.4.2 采樣網(wǎng)絡(luò)誤差和開關(guān)導(dǎo)通電阻非線性46-47
• 3.4.3 電容非線性47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 調(diào)制器電路設(shè)計50-59
• 4.1 引言50
• 4.2 調(diào)制器電路結(jié)構(gòu)設(shè)計50-51
• 4.3 積分器設(shè)計51-55
• 4.3.1 積分器結(jié)構(gòu)選擇51
• 4.3.2 跨導(dǎo)運算放大器的設(shè)計51-55
• 4.4 動態(tài)比較器55-57
• 4.5 前饋求和電路的實現(xiàn)57
• 4.6 電路系統(tǒng)仿真57-58
• 4.7 本章小結(jié)58-59
• 第5章 調(diào)制器版圖設(shè)計和芯片測試59-65
• 5.1 引言59
• 5.2 調(diào)制器版圖設(shè)計和后仿真59-61
• 5.2.1 電路版圖的設(shè)計59-60
• 5.2.2 版圖后仿真60-61
• 5.3 Sigma-Delta調(diào)制器芯片測試61-64
• 5.3.1 測試方案61-62
• 5.3.2 測試結(jié)果62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻66-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71-73
• 致謝73

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本文編號：1097552