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高精度Σ-Δ调制器的设计

作　者: 孙振国
导　师: 何乐年
学　校: 浙江大学
专　业: 电路与系统
关键词: 调制器过采样量化噪声信噪比 ∑-△转换器奈奎斯特转换器
分类号: TN76
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 539次
引　用: 6次
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内容摘要

sigma-delta调制器与过采样相结合,对量化误差噪声进行整形,有效衰减输出信号的带内量化噪声,提高了输出带内信噪比(signal-to-noise,SNR),使得利用粗转换器进行高精度的模/数数/模转换成为可能。和传统的Nyquist转换器相比,过采样∑-△ADC将提高精度的压力尽量转移到数字环节,充分利用了数字电路规模越做越大,速度越来越高而成本日益下降的发展趋势,在模拟电路部分降低了对性能指标和元器件匹配精度的要求,简化了设计,降低了生产成本。∑-△调制器结构是迄今为止在数字VLSI技术中执行高精度A/D变换最吸引人的方法。而国内的设计水平和国际上有很大的差距,至今很少有高于16位精度转换器量产。本文研究了16位精度、20KHz频率的数模转换器的设计。本设计采用多级级联(multi-stage)结构,大大简化了系统结构稳定性的设计,并且对电路中难处理的噪声(noise)、失调(mismatch)以及所需运放的带宽和增益做了重点设计和讨论,并且得到运放的增益和带宽分别大于70dB和50MHz可以满足要求,通过对输出信号进行快速傅立叶变换分析,得到输出信号在20kHz频率范围内的信噪比为98dB,达到了16比特的精度。本文第一章介绍了∑-△调制技术的特点、优点和发展情况,并且阐述了设计目标。第二章介绍了∑一△转换器的原理。第三、四章分别介绍了结构设计和具体电路设计,第五章给出了仿真结果和结论。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
符号列表  7-9
中英文对照  9-10
第一章绪论  10-13
  1．1 研究动机和研究意义  10-11
  1．2 发展现状  11-12
  1．3 设计目标  12-13
第二章 ∑-△ ADC基本理论  13-24
  2．1 量化噪声、信噪比、过采样  13-14
  2．2 奈奎斯特转换器  14-15
  2．3 过采样转换器  15-16
  2．4 ∑-△转换器  16-20
  2．5 高阶∑-△转换器  20-21
  2．6 级联结构的∑-△转换器  21-24
第三章 Sigma-delta结构设计  24-32
  3．1 级联结构的选择和参数的确定  24-29
  3．2 系统中的非理想因素  29-32
    3．2．1 运放的有限增益  29-30
    3．2．2 有限带宽  30-31
    3．2．3 热噪声和l/f噪声  31
    3．2．4 电容不匹配  31-32
第四章积分器设计和子电路设计  32-51
  4．1 绪论  32
  4．2 积分器的设计  32-36
    4．2．1 开关  33-34
    4．2．2 采样电容和积分电容  34-36
  4．3 运算放大器的设计  36-43
    4．3．1 运算放大器结构的选择  36-39
    4．3．2 直流增益  39
    4．3．3 频率响应和线性响应  39-41
    4．3．4 热噪声  41-43
    4．3．5 共模反馈电路  43
  4．4 比较器的设计  43-44
  4．5 时钟产生电路  44-45
  4．6 能带电压基准的设计  45-51
第五章仿真结果  51-56
  5．1 调制器电容和运放电压  51-52
  5．2 运放的性能参数  52
  5．3 电压和电流基准  52-54
  5．4 ∑-△调制器的电路仿真结果  54-56
第六章结论  56-57
参考文献  57-60
致谢  60

高精度Σ-Δ调制器的设计

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