高阶连续时间型sigma-delta调制器的研究与设计

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1、复旦大学硕士论文一高阶连续时问型Sigma·Delta调制器的研究与设计sPeeiallayoutmethod15usedforDACmodule，beeauseitsmismateherror15fataltothePerformanceofthewholesystem.ThePost一layoutSNDRofthewholesystem1560.9dB，undera3V，ZMHzsinoderinPutsignaland64MHzeloek.Keyword:delta一sigmamodulator，switehed一eaPaeitoreir

2、cuit，broadband，lowPowerCLC:TN45!V佑—音己I谧岁洲训口上户J11二】圣Ll研究的背景、方向和意义对比模拟信号处理技术，数字信号处理技术具有很多突出的优点，例如:精度高、抗干扰能力强、工作状态稳定、易于大规模集成、易于存储和再生、易于使用自动化设计工具来实现等。并且随着集成电路的集成度不断提高，廉价、高速的数字集成电路己经能够实现复杂的数字信号处理功能。鉴于数字技术的这些优势，越来越多的由模拟技术实现的模块将由数字技术代替，以降低生产成本及设计难度。但是在自然界中有许多信号都是模拟信号，例如声音、温度、重量、高度、

3、图像、湿度等，为了使用功能强大的数字技术对它们进行处理，首先应该将模拟信号转换成对应的数字信号。因此，模数转换器就成为模拟世界与数字世界之间的桥梁。为了适应通讯、计算机和多媒体技术的飞速发展以及高新技术领域的数字化进程不断加快，模数转换器也正朝着低功耗、高速、高分辨率方向发展。传统的模数转换器是奈奎斯特率转换器，即采样频率为输入信号频率的两倍，这种模数转换器主要由模拟电路组成。因此由工艺决定的元器件匹配误差大小限制了此种模数转换器所能达到的最高精度。而且电源电压随着集成电路尺寸的缩小越来越低，因此限制了高性能模拟电路的实现结构，也就限制了模拟电

4、路的性能。而同时，人们对信号处理系统提出了更高的要求，比如更高的精度、速度以及更低的成本和功耗，能够兼容于标准的CMOS工艺实现整个信号处理系统，从而提高整个系统的可靠性、集成度，进一步降低成本。综合考虑各种因素，传统的奈奎斯特转换器越来越难满足高速发展的数字信号处理系统的要求。为了满足这一需求，并充分利用现代VLSI的高速、高集成度的优点，过采样调制技术再次得到关注，并被广泛应用到模数转换器中。过采样Sigma一Deha调制技术对元器件匹配精度的要求较低，比较传统的奈奎斯特率ADC可以达到更高的精度。但是目前大多数商用的Sigma一Delta

5、ADc都采用了开关电容技术，即离散时间sigma一DeltaADCI’，2]，主要是由于离散时间Sigma一Delta调制器有成熟的设计体系及稳定性。然而近几年越来越多具有良好性能的连续时间型Sigma一oeltaADe受到关注[3一川。与离散时间型sigma一Delta复旦大学硕士论文一高阶连续时间型Sigma一Delta调制器的研究与设计ADc相比，连续时间型sigma一Delta具有固有的抗混叠特性，从而在系统中避免了抗混叠滤波器的使用，大大降低了整体系统的功耗。同时无需解决建立时间的问题也使得连续时间型Sigma一DeltaADC的输出

6、信号频率能够高达几GHz。而且Sigma一Delta调制器能够结合噪声整形技术将模拟电路的噪声移除到所关心的频带外，在相对较窄的频率范围内实现较高的性能。这些特点都使得近几年sigma一DehaADc在宽带应用场合有着不可替代的作用，例如、雷达接收，数字电视、无线接收机等。本文致力于设计一款应用于视频解码芯片的模数转换器，由于信号带宽较高(4MHz)以及系统对功耗的限制，因此选择连续时间型的Sigma一Delta调制器实现这一模数转换器是非常适合的。互LZ论文主要工作以前大多数关于sigma一DeftaADc的论文都着重考虑高精度应用场合，而对

7、速度没有太高要求，例如在音频领域经常采用的16bit精度甚至24位精度。而随着级联结构、多bit量化、动态校准等新技术的发展，信号带宽高、过采样率低的Sigma一Delta模数转换器也在性能方面有了较大的提高，所以Sigma一Delta模数转换器在宽带领域的应用己成为可能。例如，在数字电视、通信系统中都需要带宽大、精度较高的模数转换模块，sigma一DeltaADc就可以很好的满足这些应用要求。本文面临挑战之一就是信号宽带为4MHz，而采样频率受限于系统提供的时钟频率，仅为64MHz，即过采样率为8。为了让此Sigma一Delta调制器设计的应

8、用范围更广，并充分利用Sigma一Delta调制器特有的能力，最后选择了输入信号范围士1.5V，10bit精度作为设计目标。在如此低过采样率的情况下，