高精度离散时间σ-δ调制器的研究与设计

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目高精度离散时间Σ-Δ调制器的研究与设计学科专业微电子学与固体电子学学号201121031013作者姓名李华省指导教师宁宁副教授分类号密级注1UDC学位论文高精度离散时间Σ-Δ调制器的研究与设计（题名和副题名）李华省（作者姓名）指导教师宁宁副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2014.0

2、3.28论文答辩日期2014.05.15学位授予单位和日期电子科技大学2014年06月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DESIGNOFHIGH-RESOLUTIONDISCRETETIMEΣ-ΔMODULATORAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-stateElectronicsAuthor:LiHuashengAd

3、visor:AssociateProf.NingNingSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-stateElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本

4、学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月摘要摘要近年来，随着手机、平板电脑等便携式手提设备的广泛应用以及第三代无线通信技术的发展，Sigma-DeltaADC逐渐成为现代ADC领域的一个研究热点。Sigma-DeltaADC所具有广

5、泛的应用场合，比如说高分辨低应用带宽的数据转换领域，超低功耗的生物医药系统，中分辨率的无线通信领域等。Sigma-DeltaADC的这种具有的多功能性，耐用性以及易于集成性，使其成为项目研究和工业产品应用的首选。Sigma-DeltaADC主要是基于两种信号处理的原则，一种是过采样技术，另外一种是噪声整形技术。采用过采样技术，从整体上降低了ADC前置抗混叠滤波器的设计难度，采用噪声整形技术有效的减小了信号带内的噪声功率。Sigma-DeltaADC由于采用了过采样技术和噪声整形技术，因而它不需要较高精度的量化器就可以实现

6、比较高的转换精度。同时，Sigma-DeltaADC通过后续的数字信号处理，有效的降低了其模拟电路的敏感性，使其模拟电路部分易于设计，而且，其数字部分能够很好的与现今的纳米级CMOS工艺相结合。Sigma-DeltaADC的另外一个比较大的优势是，不需要专门的采样保持电路。而Sigma-Delta调制器是整个Sigma-DeltaADC的核心和难点，它设计的好坏决定了整个系统性能的优劣。本文基于55nm标准CMOS工艺，设计了一款应用与音频领域的高分辨率的Sigma-Delta调制器。通过对Sigma-Delta调制器基

7、础理论以及发展趋势的研究，并结合性能目标要求，设计出了一款2-1级联结构的调制器。通过对调制器的运算放大器的有限增益，积分器的不完全建立，调制器的电路噪声等非理想特性的分析研究，在Simulink环境下，对其进行系统级仿真，确立了最优的系统构架。根据确定好的系统构架进行了电路级别的设计与仿真。主要设计了积分器，基准电流源电路，比较器等。基于2-1级联调制器的一些非理想特性，在第一级积分器中加入斩波电路，用来消除失调电压，在反馈DAC中加入动态元件匹配技术来减小电容失配带来的影响。最终对电路进行整体的仿真，系统整体上SNR

8、可以达到103.4dB，有效位数可以达到16.88bits，功耗只有6.45mW。关键字：Σ-Δ调制器级联结构积分器斩波电路动态元件匹配IABSTRACTABSTRACTDuetothewidelyuseofmobilephone,tabletPCandotherportablehandhelddevice,andt