【摘要】：近年來,由于數字信號處理(DSP)技術的快速發(fā)展,許多計算和信號處理任務主要用數字手段實現(xiàn)。每年,數字集成電路的速度和密度都在增加,這鞏固了數字電路在通信和消費產品領域的主導地位。但是,由于物理世界仍然是模擬信號的世界,所以需要模數轉換器(ADC)作為物理世界和數字世界的接口,將模擬信號轉換為數字信號后再進行處理計算。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一步提高。Delta-Sigma ADC采用過采樣技術和噪聲整形技術,達到了傳統(tǒng)ADC無法達到的高精度。因此,對Delta-Sigma ADC的相關研究也越來越多。如今,DeltaSigma ADC已經被廣泛地應用于工業(yè)測量、航空航天、數字音頻和通信等各個不同的領域。Delta-Sigma ADC主要由Delta-Sigma調制器和數字抽取濾波器兩部分構成。為了有效地提高調制器的整體性能,本論文設計的調制器采用了五階、單環(huán)、1.5比特量化的前饋結構。1.5比特量化器在設計上的主要優(yōu)點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計要求。同時在調制器內部利用兩個負反饋環(huán)路,可使量化噪聲在信號頻帶上最小化,并將大多數的噪聲由低頻推向高頻。本論文中的Delta-Sigma調制器設計流程如下,首先在Matlab中利用SDToolbox工具包,完成對調制器系統(tǒng)的行為級建模和仿真。為了進一步確認調制器系統(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計,Delta-Sigma調制器采用全差分開關電容結構,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達到了100dB,有效位數為16.3bits,整體功耗為3.7mW。實現(xiàn)了調制器的預期設計指標,達到了高精度的要求。并且最終完成了整體芯片版圖的繪制。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN792
【圖文】：

那么 Eq[k]的概率密度函數 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參考量化噪聲的功率分別為= = 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 內部量化器的 DR。2.1.3 ADC 的性能參數用來表征 ADC 的性能指標可以分為兩類：靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)性能指標用于描述 ADC 的傳遞函數。常用的靜態(tài)指標是：微分非線性（DifferentialNonlinearity，DNL）、積分非線性（IntegralNonlinearity，INL）、失調誤差和增益誤差等。但這些指標對于 Delta-SigmaADC 來說并不重要，這是由于其自身結構不同于傳統(tǒng)的 ADC，其輸出是相互關聯(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 調制器的結構圖elta-Sigma 調制器主要采用了過采樣和噪聲整形技術。過采樣技術寬內的噪聲總和，噪聲整形技術則將低頻信號帶寬內的噪聲推向高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，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，如圖 2.7 所示。在 ADC 中，信號頻帶內的量化噪聲為= ∫//= =

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（Noise Transfer Function，( ) =( )( )|( )=( )( )( ) =( )|=

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本文編號：2765475