【摘要】：近年來無線通信技術(shù)的迅速普及,使得模數(shù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中的以較低功耗和大帶寬的Sigma Delta ADC的研究愈加受到人們的青睞。其中,連續(xù)時(shí)間Sigma Delta調(diào)制器具有良好的內(nèi)在抗混疊特性以及運(yùn)算放大器對擺率要求較小等優(yōu)點(diǎn),與離散時(shí)間Sigma Delta調(diào)制器相比,連續(xù)時(shí)間調(diào)制器可以工作在較高的信號采樣速率,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大帶寬�；诖�,結(jié)合高速通信的應(yīng)用背景,本文選擇10 MHz信號帶寬,11位有效位數(shù)的連續(xù)時(shí)間Sigma Delta調(diào)制器作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。為了比較不同量化形式的調(diào)制器的性能,本文分別設(shè)計(jì)了Flash ADC量化型和TDC量化型的三階連續(xù)時(shí)間調(diào)制器結(jié)構(gòu)。本次工作首先根據(jù)電路設(shè)計(jì)指標(biāo),通過MATLAB中SDToolbox綜合出環(huán)路濾波函數(shù)和噪聲傳遞函數(shù),與所設(shè)計(jì)Sigma Delta調(diào)制器的數(shù)學(xué)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行對比,通過脈沖恒定變換和系數(shù)縮放之后,確定調(diào)制器中電阻和電容的大致范圍,將數(shù)學(xué)拓?fù)浔硎镜沫h(huán)路濾波函數(shù)映射到電路中。本文在Flash ADC量化型調(diào)制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采用具有較低功耗的前饋補(bǔ)償?shù)腃lass AB運(yùn)算放大器作為積分器的運(yùn)放,選擇高速電流舵作為反饋DAC結(jié)構(gòu),建立NRZ反饋波形來提高調(diào)制器對時(shí)鐘抖動的非敏感性;通過引入半周期延時(shí)和零階補(bǔ)償回路來消除環(huán)路延時(shí)對調(diào)制器性能的影響,并且為了抑制DAC非線性對調(diào)制器直接加噪的影響,在Flash ADC之后接入DWA電路模塊,實(shí)現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)量化器輸出對每個(gè)電流舵單元的平均選擇次數(shù)接近相同,從而對DAC電流舵單元失配而引入的白噪聲進(jìn)行一階噪聲整形,保證調(diào)制器的整體性能。本文采用TSMC 65 nm完成Flash ADC量化型調(diào)制器的整體設(shè)計(jì),電源電壓為1.2 V,采樣速率為320 MHz,前仿真結(jié)果顯示,在目標(biāo)信號帶寬為10 MHz下,SNDR峰值為78.5 dB,有效位數(shù)達(dá)到了12.75位,功耗為15 mW,滿足設(shè)計(jì)要求。本文在TDC量化的調(diào)制器結(jié)構(gòu)中,通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)發(fā)生器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)取代了4位量化器和電流舵反饋DAC。相比于Flash ADC量化型的調(diào)制器,TDC量化型的調(diào)制器是單比特反饋的,所以不需要考慮多位DAC的非線性引入的噪聲,進(jìn)而省略了動態(tài)單元匹配電路模塊的設(shè)計(jì)。本文采用TSMC 65 nm完成TDC量化型調(diào)制器的整體設(shè)計(jì),電源電壓為1.2 V,采樣速率為250 MHz,前仿真結(jié)果表明,在目標(biāo)信號帶寬為10 MHz下,SNDR峰值為72.9 dB,有效位數(shù)達(dá)到了11.82位,功耗11.5 mW。最后是關(guān)于數(shù)字抽取濾波器的研究,本設(shè)計(jì)中通過將CIC濾波器,CIC補(bǔ)償濾波器和半帶濾波器進(jìn)行級聯(lián)來構(gòu)成整個(gè)數(shù)字抽取濾波器的結(jié)構(gòu),通過逐級抽取,逐級濾波的形式來實(shí)現(xiàn)對調(diào)制器高頻噪聲的濾除,并實(shí)現(xiàn)16倍的降采因子。其中,CIC濾波器因其可以實(shí)現(xiàn)較大的抽取因子和良好的抗混疊特性,被放置在第一級實(shí)現(xiàn)8倍的降采樣;CIC補(bǔ)償濾波器因其可以補(bǔ)償CIC濾波器的通帶滾降而放在第二級;第三級用半帶濾波器實(shí)現(xiàn)最后2倍的抽取。本設(shè)計(jì)中,首先在MATLAB中進(jìn)行建模仿真,之后通過ModelSim驗(yàn)證數(shù)字抽取濾波器的Verilog代碼進(jìn)行功能仿真,并對最終的輸出進(jìn)行DFT分析。仿真結(jié)果表明,數(shù)字抽取濾波器的輸入信號采樣頻率為320 MHz,經(jīng)過抽取后,輸出信號采樣頻率為20 MHz,過渡帶帶寬為200 KHz,通帶波紋小于0.1 dB,有效位數(shù)為12.88位,符合設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN792

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