高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器是當今的研究熱點之一,由于Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有高精度的特點其應用范圍得到不斷的擴展,典型的Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器由Sigma-Delta調(diào)制器及降采樣數(shù)字濾波器組成。通過采用過采樣技術及噪聲整形技術,Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器可將低頻噪聲推至高頻區(qū)域,配合數(shù)字濾波器將高頻噪聲濾除,從而實現(xiàn)較高的精度。但典型的Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度較低,這一特點極大地限制了Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器的應用范圍。通過對Sigma-Delta調(diào)制器采用多位量化技術,可有效提高Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器的更新速率,但多位量化技術的使用在給電路設計帶來困難的同時也引入了非線性問題。本文主要研究了多位量化Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設計方法及電路實現(xiàn)技術,完成了從原理分析、建模仿真、調(diào)制器電路設計、降采樣數(shù)字濾波器設計、校準算法實現(xiàn)到混合信號仿真這一較為完整的設計流程。設計的Sigma-Delta調(diào)制器采用了2-1MASH結(jié)構(gòu),通過使用Matlab進行建模仿真確定了量化器位數(shù)為三位,同時驗證了誤差消除邏輯的合理性,在保證穩(wěn)定性的前提下,可達到三階噪聲整形效果。由于調(diào)制器采用了多位量化技術,為了解決多位量化帶來的非線性問題,在DAC控制邏輯中加入了DWA算法對失配進行整形,電路設計采用0.35μm工藝實現(xiàn),調(diào)制器采樣率為500KHz。模擬電路及數(shù)字電路分別使用Hspice和Modelsim進行了驗證,整體電路使用ADMS進行了混合信號仿真,各部分電路性能達到了設計要求。為了擴展轉(zhuǎn)換器的應用范圍,設計了兩種工作模式,數(shù)字部分根據(jù)模式的不同可實現(xiàn)不同類型及階數(shù)的濾波器。當單獨使用二階Sigma-Delta調(diào)制器時,調(diào)制器功耗低于765μW,數(shù)字濾波器配置為三階CIC與均值濾波器級聯(lián)的結(jié)構(gòu),過采樣率為64,對應的更新速率為7.8125KHz,精度達到16位。當使用完整的MASH結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器時,調(diào)制器功耗低于1.035mW,數(shù)字濾波器配置為四階CIC與均值濾波器級聯(lián)的結(jié)構(gòu),過采樣率為25,對應的更新速率達到20KHz,精度達到14位。在電源電壓3.3V調(diào)制器采用MASH結(jié)構(gòu),濾波器為四階的情況下,Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器整體功耗低于1.8mW。
【學位單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN792
【部分圖文】：

圖 2.7 Sigma-Delta 調(diào)制器幅頻特性曲線Fig. 2.7 Sigma-Delta Modulator amplitude-frequency characteristic curve.2.3 多位量化通過之前的分析可以看出，Sigma-Delta 調(diào)制器是一個反饋系統(tǒng)。從時域中看，積分輸入信號與調(diào)制器反饋輸出之間的差值進行積分[17]。積分結(jié)果送入量化器，通過負反斷減小調(diào)制器輸出信號與輸入信號之間的差異。經(jīng)過以上過程實現(xiàn)了調(diào)制器輸出的平跟蹤輸入的效果。對于一位調(diào)制器，在跟蹤輸入的過程中量化器只有兩個輸出狀態(tài)，本質(zhì)上是線性的由于一位量化器引入了較大的量化噪聲，當階數(shù)較高時，系數(shù)的不合理極易引起環(huán)路造成系統(tǒng)不穩(wěn)定[18]。通過提高量化器位數(shù)，降低量化噪聲使積分器不易飽和，提高了的穩(wěn)定性。在采用多位量化器的同時，反饋回路中 DAC 也需要使用多位結(jié)構(gòu)，通過Sigma-Delta 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)可以看出，反饋回路中 DAC 引起的誤差與輸入信號處于同道，因此DAC 的誤差不能被環(huán)路濾波器處理，DAC 的性能決定了系統(tǒng)整體的性能，

1。一階至三階調(diào)制器噪聲通道幅頻特性如圖3.2 所示，從圖中可以看出，隨著階數(shù)的增加對信號頻帶內(nèi)的噪聲抑制能力不斷提高，從噪聲整形的角度理解即噪聲被推至更高的頻率使得噪聲更容易被濾除。

傳輸門導通電阻Fig.3.9Transmissiongateonresistance
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本文編號：2885963