【摘要】：近年來,由于數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的快速發(fā)展,許多計算和信號處理任務(wù)主要用數(shù)字手段實現(xiàn)。每年,數(shù)字集成電路的速度和密度都在增加,這鞏固了數(shù)字電路在通信和消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。但是,由于物理世界仍然是模擬信號的世界,所以需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)作為物理世界和數(shù)字世界的接口,將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后再進(jìn)行處理計算。隨著DSP速度和性能的不斷提升,與此相聯(lián)系的ADC的速度和精度也需要進(jìn)一步提高。Delta-Sigma ADC采用過采樣技術(shù)和噪聲整形技術(shù),達(dá)到了傳統(tǒng)ADC無法達(dá)到的高精度。因此,對Delta-Sigma ADC的相關(guān)研究也越來越多。如今,DeltaSigma ADC已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)測量、航空航天、數(shù)字音頻和通信等各個不同的領(lǐng)域。Delta-Sigma ADC主要由Delta-Sigma調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器兩部分構(gòu)成。為了有效地提高調(diào)制器的整體性能,本論文設(shè)計的調(diào)制器采用了五階、單環(huán)、1.5比特量化的前饋結(jié)構(gòu)。1.5比特量化器在設(shè)計上的主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠減少積分器的輸出擺幅,從而降低了對模擬電路的設(shè)計要求。同時在調(diào)制器內(nèi)部利用兩個負(fù)反饋環(huán)路,可使量化噪聲在信號頻帶上最小化,并將大多數(shù)的噪聲由低頻推向高頻。本論文中的Delta-Sigma調(diào)制器設(shè)計流程如下,首先在Matlab中利用SDToolbox工具包,完成對調(diào)制器系統(tǒng)的行為級建模和仿真。為了進(jìn)一步確認(rèn)調(diào)制器系統(tǒng)的穩(wěn)定性,隨后在Cadence軟件中利用Verilog-A模型再次驗證了整體系統(tǒng)的性能。對于晶體管級的電路設(shè)計,Delta-Sigma調(diào)制器采用全差分開關(guān)電容結(jié)構(gòu),有效地減小了偶次諧波,降低了功耗,并抑制了電路非線性的影響。整體電路設(shè)計采用XFAB 0.35mm CMOS工藝,工作電壓為3.3V。在采樣時鐘為512kHz,輸入-1dBFS的1kHz信號的測試條件下,同時考慮到電路噪聲的影響時,最終仿真得到的系統(tǒng)的SNDR達(dá)到了100dB,有效位數(shù)為16.3bits,整體功耗為3.7mW。實現(xiàn)了調(diào)制器的預(yù)期設(shè)計指標(biāo),達(dá)到了高精度的要求。并且最終完成了整體芯片版圖的繪制。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN792
【圖文】：

那么 Eq[k]的概率密度函數(shù) 和它的功率譜密度 如圖2.4 所示。滿量程輸入的正弦波的功率和輸入?yún)⒖剂炕肼暤墓β史謩e為= = ξ (2.8)和= ∫//= = (2.9)圖 2.4 白噪聲近似下 Eq 的概率密度分布 a)和功率譜密度 b)那么，可以得出 N bit 量化器的動態(tài)范圍為= = 2 (2.10)或以 dB 的形式表示為= 1.76 + 6.02 (2.11)式（2.11）表明分辨率增加 1bit 動態(tài)范圍會提高約 6dB。在 Delta-SigmaADC 中，整體的 DR 會大于 ADC 內(nèi)部量化器的 DR。2.1.3 ADC 的性能參數(shù)用來表征 ADC 的性能指標(biāo)可以分為兩類：靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)性能指標(biāo)用于描述 ADC 的傳遞函數(shù)。常用的靜態(tài)指標(biāo)是：微分非線性（DifferentialNonlinearity，DNL）、積分非線性（IntegralNonlinearity，INL）、失調(diào)誤差和增益誤差等。但這些指標(biāo)對于 Delta-SigmaADC 來說并不重要，這是由于其自身結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的 ADC，其輸出是相互關(guān)聯(lián)的[15]。動態(tài)性能是在動態(tài)條件下，即在輸入信號變化的情況下，測量實際 ADC 的

圖 2.6 Delta-Sigma 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖elta-Sigma 調(diào)制器主要采用了過采樣和噪聲整形技術(shù)。過采樣技術(shù)寬內(nèi)的噪聲總和，噪聲整形技術(shù)則將低頻信號帶寬內(nèi)的噪聲推向高1 過采樣于奈奎斯特 ADC，采樣頻率等于信號頻率的兩倍，所有的量化噪號頻帶內(nèi)，并作為輸入信號本身的一部分傳遞到 ADC 輸出。相反樣 ADC，如果一個過采樣信號被量化，由于采樣頻率大于信號頻有總量化噪聲功率的一小部分位于信號頻帶內(nèi)，如圖 2.7 所示。在 ADC 中，信號頻帶內(nèi)的量化噪聲為= ∫//= =

圖 2.7 單邊噪聲功率譜密度 a)奈奎斯特 ADC b)過采樣 AD聲整形一步提高過采樣 ADC 精度的方法是在頻域中對量化白噪，以使其大部分噪聲功率位于信號頻帶之外。如圖 2.6 所過從量化器的輸出信號 y[k]中減去量化器的輸入信號 yh[k利用量化器的線性化來解釋噪聲整形的原理。X( )、 ( 、輸出序列和量化噪聲的 z 變換。因此，可以得到信號傳遞unction，STF）和噪聲傳遞函數(shù)（Noise Transfer Function，( ) =( )( )|( )=( )( )( ) =( )|=

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 丘東元;張波;;開關(guān)電容變換器組成原理及發(fā)展趨勢[J];電氣應(yīng)用;2007年09期

2 丘東元,鄭春芳,張波;一類零電流諧振開關(guān)電容變換器的特性分析[J];電子學(xué)報;2005年11期

3 林谷,石秉學(xué);一種新的高性能開關(guān)電容排序電路[J];半導(dǎo)體學(xué)報;1998年08期

4 耿莉,劉健,高勇,陳治明;開關(guān)電容變換器功率限制及單片集成設(shè)計[J];電力電子技術(shù);1999年06期

5 林勇，周曉雁;開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的機(jī)輔分析與設(shè)計[J];山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1996年01期

6 鄒岡,吳正國;開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的廣義節(jié)點(diǎn)故障診斷及可診斷性[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1991年03期

7 奚柏清;;開關(guān)電容幅度均衡器的設(shè)計[J];南京郵電學(xué)院學(xué)報;1987年02期

8 吳正國;任意電壓源輸入下開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)分析的回路電荷法[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1988年01期

9 楊永明,唐治德,周寶薇;寄生不靈敏的開關(guān)電容三相振蕩器[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1988年06期

10 孫士乾;開關(guān)電容網(wǎng)路的Z域等值和信號流圖分析[J];浙江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1988年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 周少華;高鑫偉;邢動秋;;一種集成式開關(guān)電容加/減混合型轉(zhuǎn)換器電路[A];第二十屆計算機(jī)工程與工藝年會暨第六屆微處理器技術(shù)論壇論文集[C];2016年

2 劉豐;章洪燕;鄧智;劉以農(nóng);;低溫(77K)下開關(guān)電容陣列ASIC性能測試[A];第十八屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2016年

3 胡冰新;張兆東;陳姝;;開關(guān)電容模擬電路原理及其應(yīng)用[A];第二十屆電工理論學(xué)術(shù)年會論文集[C];2008年

4 周少華;高鑫偉;易康;;集成式開關(guān)電容DC-DC升壓和降壓混合型轉(zhuǎn)換器電路[A];第二十一屆計算機(jī)工程與工藝年會暨第七屆微處理器技術(shù)論壇論文集[C];2017年

5 徐肯;王紹清;馮勇建;;用于Sigma-Delta調(diào)制器的開關(guān)電容積分器的設(shè)計[A];中國微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會年會論文集（一）[C];2005年

6 張海亮;;基于嵌入式Linux處理器ARM9智能開關(guān)電容投切器及其低壓無功補(bǔ)償應(yīng)用[A];2011電力通信管理暨智能電網(wǎng)通信技術(shù)論壇論文集[C];2011年

7 任玉環(huán);;帶模擬開關(guān)電容的有源二階帶通濾波器在NBDP設(shè)備中的應(yīng)用[A];船舶通信與導(dǎo)航（1995）[C];1995年

8 涂文娟;丘東元;張波;黎劍源;;DC-DC諧振開關(guān)電容變換器中潛電路現(xiàn)象[A];2006中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會第十屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2006年

9 王科;王錚;魏微;陸為國;Gary Varner;;開關(guān)電容陣列中高帶寬RGC跨阻前置放大器設(shè)計[A];第十四屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2008年

10 王科;王錚;魏微;陸為國;Gary Varner;;開關(guān)電容陣列中高帶寬RGC跨阻前置放大器設(shè)計[A];第十四屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（1）[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 王立群;讓3G手機(jī)更“節(jié)能”[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊磊;開關(guān)電容變換器及其控制技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2017年

2 秦家軍;基于開關(guān)電容陣列的高速波形數(shù)字化ASIC研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

3 盧志堅;基于開關(guān)電容的深亞微米CMOS射頻帶通濾波技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2017年

4 王進(jìn)紅;基于開關(guān)電容矩陣的波形數(shù)字化技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

5 范超杰;高性能流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計方法研究[D];上海交通大學(xué);2014年

6 范明俊;基于先進(jìn)工藝的低電壓低功耗流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器研究與設(shè)計[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

7 黃小偉;高性能音頻∑-△數(shù)模轉(zhuǎn)換器的研究與實現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2009年

8 馬紹宇;高性能、低功耗∑△模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究與實現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2008年

9 汪東;開關(guān)電容型交錯并聯(lián)變流拓?fù)渑c逆變并聯(lián)控制技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2009年

10 李迪;高性能sigma-delta ADC的設(shè)計與研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 呂翔;高增益交錯式變換器的研究及其應(yīng)用[D];青島科技大學(xué);2019年

2 馬玉美;高精度低功耗Delta-Sigma ADC的研究與設(shè)計[D];吉林大學(xué);2019年

3 李宏濤;一種無電解電容的交直交變頻電路結(jié)構(gòu)和控制方法研究[D];陜西科技大學(xué);2019年

4 林天衣;用于主動光學(xué)系統(tǒng)的開關(guān)電容微位移傳感器研究[D];南京理工大學(xué);2018年

5 吳佳磊;開關(guān)電容多電平逆變器結(jié)構(gòu)與原理[D];華南理工大學(xué);2018年

6 張志鑫;高階帶寬可調(diào)開關(guān)電容帶通濾波器的設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

7 于祥吉;基于開關(guān)電容陣列的高速多元激光回波數(shù)字化技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2017年

8 包蒞庭;交—交開關(guān)電容變換器建模方法研究[D];中國計量大學(xué);2017年

9 張欣欣;磁集成開關(guān)電感/開關(guān)電容Cuk變換器研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2018年

10 孫佳月;高增益開關(guān)電容與磁集成開關(guān)電感Boost變換器研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2016年

本文編號：2765475