隨著集成電路深亞微米技術(shù)的快速發(fā)展,音頻Sigma-Delta ADC在便攜式多媒體播放器和手持音頻設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用。其中高精度Sigma-Delta調(diào)制器的低功耗實(shí)現(xiàn)成為限制ADC性能的關(guān)鍵。本論文針對(duì)Sigma-Delta調(diào)制器的高精度和低功耗設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體研究,并完成了一款Sigma-Delta調(diào)制器的原型電路設(shè)計(jì)。本文首先調(diào)研了Sigma-Delta ADC的國內(nèi)外現(xiàn)狀,論述了Sigma-Delta ADC的基本原理及其發(fā)展和應(yīng)用,分析并比較了各種常用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求,利用Matlab Simulink工具對(duì)調(diào)制器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了行為級(jí)建模,在模型中針對(duì)實(shí)際電路中存在的各種非理性進(jìn)行了模擬和仿真分析,針對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化,從而確定了三階前饋單環(huán)單比特量化的Sigma-Delta調(diào)制結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中,針對(duì)調(diào)制器中最關(guān)鍵的第一級(jí)積分器模塊進(jìn)行了低功耗優(yōu)化設(shè)計(jì):積分器中的核心運(yùn)算放大器采用功耗效率最高的套筒型共源共柵結(jié)構(gòu),結(jié)合動(dòng)態(tài)功耗匹配技術(shù),能夠?qū)⑦\(yùn)放的功耗降低25%,同時(shí)采用開關(guān)電容共模反饋電路降低功耗并穩(wěn)定輸出共模電壓。后兩級(jí)積分器同樣采用套筒型共源共柵結(jié)構(gòu),對(duì)... 

【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同的調(diào)制器階數(shù)與過采樣率結(jié)合所對(duì)應(yīng)的SNR理論值

圖 3-4 Simulink 時(shí)鐘抖動(dòng)噪聲模型Figure 3-4 Simulink clock jitter noise model3.2.3 采樣開關(guān)熱噪聲采樣開關(guān)的熱噪聲是由于開關(guān)電容電路可以等效為導(dǎo)通電阻而產(chǎn)生，由于其的大小與采樣電容值成反比，與溫度成正比，具有白噪聲的頻譜，因此又稱作噪聲。設(shè)計(jì)之初，需要對(duì)采樣開關(guān)的熱噪聲進(jìn)行建模。工作在深三極管區(qū)的 MOS 管在數(shù)值上等同于 Ron 的電阻，此電阻與采樣電容連接后，便可通過對(duì)電阻的熱噪聲譜密度求積分可得總的熱噪聲功率為：(3-5)上式中，k 表示波爾茲曼常數(shù)其值為 1.38×10-23，T 表示絕對(duì)溫度在室溫下其值為 300，f 表示應(yīng)用在積分器中采樣電容 上的采樣頻率。開關(guān)熱噪聲與輸入信號(hào)不相關(guān)，故此可直接疊加，所以可得積分器輸入為：

圖 3-5 Simulink 開關(guān)熱噪聲模型Figure 3-5 Simulink switch thermal noise model由于噪聲分布在 上，呈現(xiàn)白噪聲特性，因此噪聲密度為：(3-7)通常狀態(tài)中，第一級(jí)積分器將有 2 組輸入進(jìn)來的電容，其一用于對(duì)信號(hào)采樣，其二是反饋信號(hào)的反饋電容，二者都會(huì)產(chǎn)生一定的熱噪聲。3.2.4 運(yùn)放的噪聲運(yùn)算放大器的熱噪聲主要來源于輸入差分對(duì) MOS 管和電流源管的溝道熱噪聲，如圖 3-6 所示為運(yùn)算放大器的噪聲模型。輸入表示運(yùn)放的輸入相關(guān)熱噪聲有效值。這個(gè)噪聲電壓通常包括閃爍噪聲，熱噪聲和直流失調(diào)噪聲三部分。


本文編號(hào)：3108909