低功耗音频SigmaDelta调制器的研究与实现

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1、霸中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文低功耗壹频Si胆笙卫皇!主鱼遢剑墨的研究皇塞理培养单位：2013年4月ByLongXuADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineering【InstituteofElectronicsChineseAcademyofSciencesl4，2013研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我

2、本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院电子学研究所或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：旅啦日期：2杉岁．力关于学位论文使用权的说明本人完全了解中国科学院电子学研究所有关保留、使用学位论文的规定，其中包括：①电子所有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：②电子所可以采用影印、缩印或其他复制手段复制并保存学位论文；③电子所可允许学位论文被查阅或借阅；

3、④电子所可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤电子所可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：导师签名：2以，．多口钞J3．了．3p摘要Sigma—Delta调制器因其转换精度高的特点被广泛应用于高保真音频信号处理系统中。近几年随着移动音频电子设备的发展，Sigma-Delta调制器的低功耗设计显得尤为重要。如何使Sigma—Delta调制器在低功耗低电压的限制下依然实现高的转换精度成为研究的热点。本文针对Sigma-Delta调制器的低功耗设计，提出了几种新的结构来减少Sigma．Delta调制器的功耗。本文先对Sigma-Delta调制器的基本理论

4、作了阐述并深入分析了多种Sigma—Delta调制器的实现结构及其优缺点，之后探索了调整器从系统级到电路级的设计流程。在此基础上文中第一个设计采用了常规的三阶反馈和单位量化的结构以减少系统的复杂度并增加调制器的稳定性，仿真结果表明该设计在20KHz的带宽内SNDR达到103．6dB，功耗为2．8mW。为了降低传统结构调制器的功耗，本文尝试将双采样技术和前馈结构结合在一起。针对双采样带来的噪声折叠以及双采样技术用于前馈结构所带来的时序困难，本文提出来了一种新的调制器结构来克服这些问题，其结合了电容复位技术和嵌入加法器的比较器。该调制器在SMIC0．181．tin工艺下实现，采用1．5V供电。仿

5、真结果表明该调制器SNDR在音频带宽内达到了102．5dB，功耗为90I．tW。相比于基于开关电容电路实现的离散时间结构，连续时间结构可以更容易的工作在低电压下，实现更低的功耗。本文基于连续时间结构设计了一款低功耗的Sigma．Delta调制器，该调制器在同样的工艺下只用了lV的电源电压，本文提出了一种基于电容反馈的方式来实现零点优化，以较少的功耗和面积进一步降低了信号带宽内的噪声。仿真结果表明本文提出的零点优化方法相比于传统的方法可使调制器的SNDR提高12dB。调制器在SNDR在20KHz带宽内达到了105．7dB，功耗仅为46laW。关键词：Sigma—Delta调制器、低功耗、双采样

6、、连续时间、零点优化AbstraetAbstractXULong(IntegratedCircuitsEngineerin曲DirectedbyProf．LIUFeiSigma—Deltamodulatoriswidelyusedinaudiosignalprocessingsystemforitshighconversionresolution．Withthegrowingdemandinportableaudioelectronics，low—powerdesignofSigma—Deltamodulatorbecomesmoreandmoreimportant．Howtorealize

7、high--performanceSigma··Deltamodulatorwithlowpowerconsumptionattractsmuchresearcheffortinthepastfewyears．ThisresearchhasfocusedonthelowpowerdesignofSigma-Deltamodulatorforaudioapplication，severalnovelstruct