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16位具有前馈结构的三阶DeltaSigmaADC设计

作　者: 赵富菊
导　师: 王永生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: Delta Sigma ADC 调制器降采样滤波器前馈结构
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前,基于Delta Sigma调制器结构的模数转换器(ADC)是设计高精度ADC的主要技术。Delta Sigma ADC由Delta Sigma调制器和降采样滤波器两部分组成,调制器采用过采样和噪声整形技术,降采样滤波器滤除分布在信号频带外的整形噪声并完成降采样操作。Delta Sigma ADC具有精度高、线性度高、对元器件的失配容忍能力强、与数字CMOS集成电路兼容性强等优点,得到了广泛应用。针对低频应用领域,如电池操作系统中检测笔记本的剩余电量检测,本文设计了一个前馈结构的Delta Sigma ADC,数字输出码为16位的补码输出形式。在设计的ADC中,Delta Sigma调制器采用三阶、单环结构,一位量化输出。采用前馈结构,改善了调制器环路的稳定性,降低了积分器的输出摆幅,从而放宽了对放大器的特性指标要求并提高了线性度。运用了零点、极点优化技术,使此Delta Sigma调制器达到了较高的稳定性和优化的信噪比(SNR)。调制器采用全差分开关电容的方式实现,时钟频率是256KHz,信号带宽是1KHz,过采样率是128。降采样滤波器由四阶梳状滤波器实现,降采样率是128。采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,设计了调制器中各个子模块电路,包括积分器、运算放大器、加法器、比较器、基准及偏置电路、两相不交叠时钟、振荡探测电路等;绘制了各个子模块电路的版图。同时,完成了降采样滤波器的综合及布局布线工作,最后完成了ADC的整体版图设计。在SMIC 0.18μm工艺上对Delta Sigma ADC流片,搭建芯片的测试平台,对Delta Sigma ADC基本性能指标进行了测试。测试结果表明,系统存在失调误差,但表现出很好的线性度特性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-11
  1.1 课题背景  7
  1.2 Delta Sigma ADC发展概况  7-9
  1.3 Delta Sigma ADC应用  9-10
  1.4 本文研究内容及结构  10-11
第2章 Delta Sigma ADC原理及系统设计  11-24
  2.1 Delta Sigma 调制器  11-15
    2.1.1 过采样技术  11-13
    2.1.2 噪声整形技术  13-15
  2.2 调制器结构级优化  15-19
    2.2.1 反馈结构  15-16
    2.2.2 前馈结构  16-17
    2.2.3 噪声传递函数零点优化  17-18
    2.2.4 噪声传递函数极点优化  18-19
  2.3 调制器系统设计  19-22
  2.4 数字降采样滤波器  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章 Delta Sigma ADC实现  24-39
  3.1 调制器开关电容积分器实现  24-35
    3.1.1 积分器  25-27
    3.1.2 运算放大器  27-29
    3.1.3 加法器  29-30
    3.1.4 比较器  30-31
    3.1.5 基准及偏置电路  31-32
    3.1.6 时钟产生电路  32-34
    3.1.7 振荡探测电路  34-35
  3.2 数字降采样滤波器的设计  35-36
  3.3 电路前仿真结果及分析  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章版图设计及芯片测试  39-45
  4.1 版图设计  39-41
    4.1.1 版图布局考虑  39
    4.1.2 版图实现  39
    4.1.3 版图后仿真结果及分析  39-41
  4.2 芯片测试  41-44
    4.2.1 测试目的  42
    4.2.2 测试方案  42-43
    4.2.3 测试结果  43-44
    4.2.4 设计电路与已发表电路比较  44
  4.3 本章小结  44-45
结论  45-46
参考文献  46-50
攻读学位期间发表的学术论文  50-52
致谢  52

16位具有前馈结构的三阶DeltaSigmaADC设计

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