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高性能Sigma Delta调制器的研究及实现

作　者: 刘占领
导　师: 雷鑑铭
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: Sigma Delta 调制器噪声传递函数宏模型全差分运放共模反馈
分类号: TN761
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在VLSI技术中,Sigma Delta调制技术是一种能实现高分辨率A/D转换器的优越方式。Sigma Delta调制器利用过采样技术和噪声整形技术,极大的降低了信号带宽内的噪声,提高了信号噪声比。同时,Sigma Delta调制器对模拟电路的依赖性比较小,且易于在CMOS工艺中实现,因而被广泛的应用到数模混合电路的接口中。本文依循Top-Down的设计思想,首先介绍Sigma Delta调制器的基本原理,以及高性能Sigma Delta调制器的设计流程;然后,针对Sigma Delta调制器的噪声传输函数进行了优化设计,包括零、极点的优化,带外增益与输入信号幅度、信噪比三者之间的折中;接着,采用宏模型与Verilog-A相结合的方式对开关电容Sigma Delta调制器进行了非理想因素下的行为级建模,其中,对于精度要求比较高的运算放大器和开关电路进行了宏模型建模,而对精度要求不高的比较器和时钟模块用Verilog-A建模;而后,根据行为级模型提出的电路设计指标,对电路进行了仔细的设计,全差分运算放大器电路采用带有调零电阻的两级米勒补偿结构,并用同一个CMFB电路直接反馈、稳定运放的第二级、用缓冲电路反馈并稳定第一级输出;最后,用Cadence下的Virtuoso对调制器进行了Layout设计,并在Calibre下进行了验证。本文采用华虹NEC 0.25um CMOS工艺,用Cadence仿真软件对Sigma Delta调制器进行了仿真。当输入信号为20KHz频率、750mV幅度的正弦波时,仿真结果是:信噪比为78.2dB、有效位为12.7 bits、功耗为0.88mW、FOM值为3.31,达到了国内先进水平,满足高性能的设计要求。该芯片已经MPW流片,目前正在测试中。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题的研究背景及意义  8-11
  1.2 Sigma Delta 调制器基本原理  11-15
  1.3 论文的组织结构  15-16
2 高性能Sigma Delta调制器系统级设计  16-27
  2.1 Sigma Delta调制器系统建模  16-20
  2.2 Sigma Delta调制器架构权衡  20-23
  2.3 高性能Sigma Delta调制器的系统设计  23-26
  2.4 本章小结  26-27
3 高性能Sigma Delta调制器行为级设计  27-43
  3.1 行为级建模的几种方法  27-28
  3.2 开关电容调制器中的非理想因素  28-33
  3.3 高性能Sigma Delta调制器行为级模型  33-42
  3.4 本章小结  42-43
4 高性能Sigma Delta调制器的电路实现  43-59
  4.1 开关电路的设计  43-46
  4.2 全差分运算放大器电路的设计  46-53
  4.3 比较器电路的设计  53-55
  4.4 调制器整体电路的设计  55-56
  4.5 版图设计  56-58
  4.6 本章小结  58-59
5 调制器系统的仿真与分析  59-64
  5.1 时域仿真结果与分析  59-60
  5.2 频域仿真结果与分析  60-62
  5.3 仿真结果对比分析  62-63
  5.4 本章小结  63-64
6 总结与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-71
附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文  71

高性能Sigma Delta调制器的研究及实现

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