高精度低功耗多位量化∑A调制器设计

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1、万方数据第25卷第12期2008年12月机电工程Mechanical&Ele(’tricalEngineeringMagazineV01．25NO．12Dec．2008·电气-0仪表技术◆一羔高精度低功耗多位量化∑一△调制器的设计枣欧伟。吴晓波(浙江大学超大规模集成电路设计研究所，浙江杭州310027)摘要：为了解决目前音频应用模数转换器(ADC)功耗过大的问题，提出了模数转换器低功耗设计的目标。在系统设计方面，合理选择过采样率、调制器阶数、量化位数，保证了在满足性能要求的情况下优化信号最大输入幅度和功耗；在考虑各种非理想因素的影响时，结合Simulink进

2、行了详细的验证，获得了功耗优化的模块指标；在电路设计上部分模块采用了新结构，简化了电路模块构成，相应地减小了功耗。通过SPICE仿真得到调制器的功耗降低至200IxW左右，证明了此设计达到了低功耗的优化目的。关键词：∑．△调制器；多位量化；DWA；低功耗；音频；模数转换器中图分类号：TN79+2文献标识码：A文章编号：1001—455i(2008)12—0027—04Designofahighresolutionlowpowermulti-bit∑-AmodulatorOUWei，WUXiao—bo(InstituteofVLSIDesign，Zhejian

3、gUnivemity，Hangzhou310027，China)Abstract：Inordertotacklethepowerhungryproblemofmostexistinganalog—to·digitalconverter(ADC)，thepoweroptimizationaimatdataconverterswasputforward．Areasonablecombinationofoversamplingratio，orderandeffectivebitofquantizerwaschosentooptimizerequirementoft

4、hemaximuminputsignalrangeandminimumpowerconsumption．Simulinkwasemployedforthenonidealityanalysisofcircuitsandreasonablespecificationofbuildingblockswaschosenwhileconsideringlowpowerrequire-ment．Incircuitimplementationsomebuildingblockswererealizedinnewtopologywithreducedblocksandsi

5、mplifieddesign，whichalsominimizethepowerrequirement．ThroughtheSPICEsimulation，themodulatorconsumedpowerisonlyabout200I．LW，anditprovestheefficiencyofthepoweroptimizationonmodulatordesign．Keywords：∑-△modulator；multi-bit；DWA；lowpower；audio；analog—to-digitalconverter(ADC)0引言1系统没计近年来，随着

6、国际国内市场消费类电子产品的蓬勃发展，作为模拟信号与数字处理芯片桥梁的模数转换器(ADC)受到了业界人士越来越多的蕈视。为了提高便携式电子产品的使用时间，ADC的低功耗研究随之成为了行业研究热点。∑·△ADC通过超采样噪声整形的手段，把大部分信号带内的量化噪声转移到带外，并通过数字滤波器滤除。其工作原理决定了它具有模拟电路简单、器件精度要求低、对模数转换器前面的模拟滤波器要求低等优点。本研究主要介绍高精度低功耗多位量化三一△调制器的设计。系统设计对象为音频应用高精度(信号带宽20kHz，有效精度16bit)∑．△调制器，设计目标是使其在满足性能要求的前提下实

7、现低功耗。系统具有的3个重要指标(过采样率OSR、阶数Ⅳ、量化位数肘)，将是系统设计考虑的蓖点。增加过采样率能提高精度，但却难以实现低功耗要求；增加调制器阶数能得到一种更为积极的噪声整形传递函数，但是却影响了最大信号输入幅度，最终导致信噪比下降u。2。。增加量化位数是比较可行的方法，其以6dB／bit减小量化噪声能量，并且提高信号最大输入范围。因为多位量化使得量化器需要处理的噪声能量减小，相比于单位量化的调制器更不容易饱和。收稿日期：2008—05—05基金项目：国家自然科学基金资助项日(90207002)；浙江省自然科学基金资助项目(Z104441)作者简

8、介：欧伟(1984一)，男．浙江象山人，主要从事模数