18位级联Delta-Sigma ADC的设计

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1、硕士学位论文18位级联Delta-SigmaADC的设计DESIGNOF18BITCASCADEDELTA-SIGMAADC郭小梅哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN432学校代码：10213国际图书分类号：621.3.049.774密级：公开工程硕士学位论文18位级联Delta-SigmaADC的设计硕士研究生郭小梅：导师王永生副教授：申请学位工学硕士：学科微电子学与固体电子学：所在单位航天学院：答辩日期201：5年6月授予学位单位哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:TN432U.D.C:621.3.049.774Di

2、ssertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringDESIGNOF18BITCASCADEDELTA-SIGMAADCCandidate：GuoXiaomeiSupervisor：AssociateProf.WangYongshengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefenc

3、e：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要Delta-SigmaADC采用过采样和噪声整形技术，用速度换取精度，可以满足人们对高精度ADC的要求，因而广泛应用于高精度音频信号处理、高精度测量仪器中。本文以18位精度、高稳定性的Delta-SigmaADC为目标，首先阐述了课题的研究背景，调研近年来Delta-SigmaADC的国内外研究现状，分析了设计目标的可行性；然后介绍了噪声整形技术和过采样技术的基本原理，根据4k

4、Hz的采样频率、18位有效精度的要求，讨论了单环与级联结构调制器的优缺点，推导了调制器的过采样率、量化位数与系统精度的关系并对运算放大器的有限直流增益、有限带宽、有限摆率、开关的非零导通电阻进行相应的建模，指导各个模块的电路级设计。为了获得奈奎斯特采样频率的输出信号，设计了数字抽取滤波器。数字抽取滤波器采用多级级联结构，包括CIC滤波器以及两级半带滤波器。为了进一步减小滤波器面积，半带滤波器系数采用CanonicalSignedDigit码的表示方式。电路级采用GF35CMOS工艺，模拟部分设计了全差分开关电容积分器、比较器和两相不交叠时钟模块

5、；数字电路部分设计了数字噪声抵消逻辑、时钟分频电路、CIC滤波器以及两级半带滤波器。最后，完成了整体版图设设计，包括数字电路版图和模拟电路版图设计。Delta-SigmaADC版图后仿真结果表明：在4kHz的采样频率下，Delta-SigmaADC的噪底在-135dB左右，SFDR为130dB，本次设计满足预定目标。关键词：Delta-SigmaADC；级联结构调制器；开关电容积分器；CIC滤波器；半带滤波器。I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractDelta-SigmaADCwhichadoptsoversamplingtechniq

6、ueandnoiseshapingtechnique,sacrificesspeedforprecisioncansatisfytherequirmentofhighprecisionanalogtodigitalconversion.ThusDelta-SigmaADCiswidelyusedinhighprecisionaudiosignalprocessingsystemandmeasuringinstrument.Inthispaper,wetakedesigninga18bitresolusion,highstabilityDelta

7、-SigmaADCasourgoal.FirstlyIillustratesthebackground,researchesthesituationofDelta-SigmaADCathomeandabroad,analyzesthefeasibility;Theninruoducesthefoundamentalprinciples.Accordingtotherequirementof4kSPSand18biteffectiveresolusiontodeterminethestructureofDelta-SigmaADC.Advanta

8、gesanddisadvantagesofsingleloopandcascadearediscussed,therelationshipbetwee