两阶σ-δ调制器的研究与设计

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1、』E丞至堡厶堂亟上堂僮途塞生塞埴垩中文摘要摘要：模数转换器是模拟与数字世界的接口，目前有多种类型的模数转换器，对于传统A／D转换器，如逐次逼近型、全并行型和流水线型等类型，由于高精度模拟电子器件受到集成度、温度等变化因素的影响，而且为了防止混叠噪声，需要高性能的前置滤波器，这使得传统的A／D转换器的精度很难提高，从而限制了转换器的分辨率。为了避免这些问题，过采样技术被运用到A／D转换器的设计中。Sigma-deltaADC具有分辨率高，抗干扰能力强，量化噪声小，线性度好的优点。在减少了对模拟电路部分精度要求的同时可以达到和数字电路完美的兼容，可以以较低的成本实现高精度的A／D转换器。所

2、以使得其广泛应用于高分辨率的音频等数模混合电路中。目前sigma-deltaADC主要应用于音频应用和数据采集方面等。本文对Sigma-delta调制器的工作原理进行了研究和分析，在此基础上设计了一种应用在音频方面的16位两阶Sigma-delta调制器。论文先应用MATLAB软件中的SIMULINK工具对∑一△调制器的各种结构进行分析比较，最终确定采用量化器为一位的单环二阶调制器。调制器采用全差分电容电路实现，调制器的输入为10KHz，过采样率为256，动态范围为98dB。在调制器系统级设计及仿真的基础上，论文接着对调制器中的各种电路模块(如开关电容积分器、共源共栅套筒二级运放、动态

3、比较器、时钟电路等)进行了晶体管级设计。经过仿真测试得到，使用米勒补偿的套筒二级运放增益高达94dB，单位增益带宽84M，相位裕度73。：cM0s传输门导通电阻为3K，且导通电阻近似和输入无关，实现了线性性；动态比较器迟滞小于40mY：这些参数可以满足调制器要求。论文最后对套筒二级运算放大器进行了版图实现。电路仿真设计和版图实现阶段采用的是CADENCE公司的EDA工具，设计采用SMICO．18umlP4M(一层多晶硅四层金属)CMOS工艺的设计规则，整个OTA版图面积为O．91"0．79mmz。关键词：Sigma-Delta：调制器；模数转换器；信噪比；量化噪声；分类号：TN431J

4、￡塞窑煎厶堂亟±竺僮论塞△垦§IB△￡IABSTRACTABSTRACT：ADCconnectsanalogwiththedigitalworld．There瓣varioustypesofADCsatpresent．ThetraditionalADC，suchassuccessiveapproximation，flash—typeandpipelineandSOon，needhigh·performancepre-filtertopreventaliasingnoise．AlsolligIl—precisionelectroniccomponentsoftheconvertercoul

5、dbeeasilyinfluencedbyintegrationandtemperaturefactors．Asaresultofthisabove，itisdifficulttoimprovetraditionalADEs’accuracy．Inotherwords,itwillholdbacktherealizationoflligll—resolutionCOllVerters．Toavoidtheseproblems，thesamplingtechnologyhasbeenusedinADCsdesign．Sigma-deltaADChasseveraladvantages，i

6、ncludinghighresolution,anti-jammingcapability,smallquantizationnoiseandgoodlinearity．TheanalogeitoaitofSigma-deltaADCCanachieveperfectcompatibilitywitIIdigitalcircuitwithouttheaccuracyrequirements．SoSigma-deltaADCsarewidelyusedinhigh—resolutionaudioandMixed—circuitswhichwillbeabletolowerthecosto

7、fhigh-precisionADCs．Nowsigma-deltaADCisusedprimarilyforaudioapplicationsanddataacquisitionaspects．Thepaperhadmadeadeeplyanalysisaboutthebasicprincipleofsigma-deltamodulator．Basedonthisanalysis，atwoorderSigma-deltamodulatorwh