發(fā)布時(shí)間：2018-01-13 05:28

  本文關(guān)鍵詞：四階前饋低功耗Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計(jì)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： Sigma-Delta調(diào)制器 前饋結(jié)構(gòu) 雙采樣 低功耗

【摘要】：根據(jù)采樣頻率的不同,模數(shù)轉(zhuǎn)換器被分為Nyquist ADC和Sigma-Delta ADC兩類(lèi)。Sigma-Delta ADC由調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器兩部分組成,調(diào)制器利用過(guò)采樣技術(shù)和噪聲整形技術(shù)降低信號(hào)帶寬內(nèi)量化噪聲功率,數(shù)字抽取濾波器對(duì)調(diào)制器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波和降采樣,將高速低精度的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為低速高精度的數(shù)字信號(hào)。相比于Nyquist ADC,Sigma-Delta ADC能更好地滿(mǎn)足低速高精度應(yīng)用,并且對(duì)工藝變化的魯棒性更強(qiáng)。MEMS(micro electronic and mechanical system)慣性器件接口電路中模數(shù)轉(zhuǎn)換功能多采用Sigma-Delta轉(zhuǎn)換,降低Sigma-Delta調(diào)制器功耗有助于控制MEMS慣性器件工作溫度,提高器件工作穩(wěn)定性。隨著移動(dòng)電子設(shè)備的發(fā)展,電池續(xù)航能力日益重要,降低Sigma-Delta調(diào)制器功耗有助于延長(zhǎng)電池使用壽命。在如生物醫(yī)療先進(jìn)領(lǐng)域的應(yīng)用中,器件微型化也對(duì)功耗提出更苛刻的要求。因此Sigma-Delta調(diào)制器的低功耗設(shè)計(jì)有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文分析了Sigma-Delta調(diào)制器基本原理,晶體管電路實(shí)現(xiàn)中非理想特性對(duì)調(diào)制器性能的影響,完成了四階前饋結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和仿真,對(duì)Sigma-Delta調(diào)制器的低功耗設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論研究,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)出發(fā)優(yōu)化調(diào)制器整體功耗,分析對(duì)比了動(dòng)態(tài)偏置、開(kāi)關(guān)運(yùn)放、雙采樣等低功耗技術(shù),確定了應(yīng)用雙采樣技術(shù)的調(diào)制器方案,并基于CSMC 0.5μm工藝完成了調(diào)制器電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)和仿真。所設(shè)計(jì)的Sigma-Delta調(diào)制器滿(mǎn)足輸入信號(hào)帶寬100k Hz,采樣頻率20MHz,由于采用了雙采樣方案,時(shí)鐘頻率為10MHz,電路仿真結(jié)果表明調(diào)制器SNR為99.6d B,三次諧波失真為-110.1d B,整體功耗約為8.1m W,FOM(figure of merit)達(dá)到170.5d B。
[Abstract]:Depending on the sampling frequency. Analog-to-digital converters are classified as Nyquist ADC and Sigma-Delta ADC. Sigma-Delta. ADC is composed of modulator and digital decimation filter. The modulator uses over-sampling technique and noise shaping technology to reduce the quantized noise power in the signal bandwidth. Digital decimation filter filters and demultiplexes the modulator output signal. The modulation signal with high speed and low precision can be converted into digital signal with low speed and high precision. Compared with Nyquist ADC Sigma-Delta ADC, it can better meet the requirements of low speed and high precision applications. And more robust to process change. MEMS micro electronic and mechanical system). In the interface circuit of inertial device, the conversion function of A / D is mostly Sigma-Delta conversion. Reducing the power consumption of Sigma-Delta modulator is helpful to control the operating temperature of MEMS inertial device and improve the stability of the device. With the development of mobile electronic equipment, the battery life ability becomes more and more important. Reducing the power consumption of Sigma-Delta modulators can help prolong the battery life, such as in advanced biomedical applications. The miniaturization of devices also puts forward more stringent requirements for power consumption. Therefore, the low power design of Sigma-Delta modulator is of great practical significance. This paper analyzes the Sigma-Delta modulator. Basic principles. The effect of non-ideal characteristics of transistor circuit on the performance of modulator is achieved. The system-level design and simulation of four-order feedforward structure Sigma-Delta modulator are completed. The low power design of Sigma-Delta modulator is studied theoretically. The overall power consumption of modulator is optimized from the system structure and circuit structure, and the dynamic bias and switching operational amplifier are analyzed and compared. The modulator scheme based on dual-sampling technology is determined, and the modulator circuit is designed based on CSMC 0.5 渭 m technology. Layout design and simulation. The designed Sigma-Delta modulator meets the input signal bandwidth of 100kHz and the sampling frequency of 20MHz. The clock frequency is 10MHz. The circuit simulation results show that the modulator SNR is 99.6dB, the third harmonic distortion is -110.1dB, and the overall power consumption is about 8.1m W. The FOM(figure of merit was 170.5 dB.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN761

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本文編號(hào)：1417687