高精度∑-△调制器的研究与设计

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1、高精度∑Δ调制器的研究与设计-石立春西安电子科技大学高精度∑-Δ调制器的研究与设计2作者姓名石立春导师姓名、职称杨银堂教授01年4月9一级学科电子科学与技术二级学科微电子学与固体电子学学科门类工学提交学位论文日期2014年9月学校代码10701学号0617310053分类号TN82TN4公开密级西安电子科技大学博士学位论文高精度-调制器的研究与设计作者姓名：石立春一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学科门类：工学指导教师姓名、职称：杨银堂教授2014提交日期：年9月ResearchandDesignofHighResolution-Modul

2、atorAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringByShilichun(MicroelectronicsandSolidStateElectronics)Supervisor:Prof.YangyintangSeptember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所

3、知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以

4、允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要模数转换器(ADC)是模拟信号转换为数字信号过程中必不可缺的器件，高精度模数转换器与高级数字音频信号处理系统的高性能相匹配并被急切需要。Sigma-delta模数转换器(-ADC)以传统奈奎斯特模数转换器(Nyquist-RateADC)无法企及的高精度成为实现高精度模数转换器的不二选择。Σ-ΔADC利用过采样、噪声整形和降采样数字抽取滤波等技术实现高精度，

5、在模拟领域进行低精度的信号处理，降低模拟电路设计难度；在数字域进行高精度的信号处理，充分利用数字信号处理的强大功能，实现用速度换精度；是一种易于集成，整体性能优越，与标准CMOS工艺完美兼容的模数转换器。基于-ADC突出优点，-ADC始终是高精度模数转换器研究的热点和主要方向。-调制器是-ADC的核心和关键部分，它的性能直接决定了整个转换器的性能，所以-调制器设计是-ADC实现高精度的难点和重点。因此，本文重点研究高精度-调制器。首先，系统研究了-调制器的原理与关键技术。系统比较了奈奎斯特ADC和-ADC的特点和性能，明确了-A

6、DC在高精度音频领域的突出优势。之后，研究了-调制器的原理与关键技术，分析了一阶、二阶、单环高阶、级联以及多位等调制器结构的特点，总结了-调制器性能与调制器的阶数、过采样率和量化器位数之间的关系。最后，从参数确定、结构选择、系统设计、电路实现、版图规划，详细总结和展示了-调制器完整的设计流程。深入研究了-调制器系统结构，借助MATLAB软件对-调制器进行了建模和仿真，总结出-调制器系统的设计方法。该方法包括，根据-调制器的带宽、精度指标要求以及应用领域，来确定调制器的基本结构类型、整形阶数、过采样率以及量化位数等基本参数，设计噪声传递函数并

7、对噪声传递函数的零极点进行优化，选择并优化调制器具体结构实现噪声传递函数，确定调制器结构系数(前馈因子、反馈因子和积分器增益因子)并利用SIMULINK进行优化，通过系统仿真验证理想情况下调制器系统结构的性能是否满足设计指标。利用该设计方法，确定单环二阶4位量化和过采样率为256的调制器结构，适合本文的设计指标要求。研究了基于开关电容(SwitchedCapacitor,SC)技术实现的-调制器，分析了开关电容电路的噪声和非理想因素对-调制器性能的影响。对噪声和非理想因素进行了全面分析，利用SIMULINK进行建模和仿真，定量分析了一些重要因