应用于温度传感器的Sigma-Delta调制器的设计.pdf

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1、应用子温度传感矗的Sigma—Delta调翩嚣的设计★魏榕山，陈锦锋，陈传东(福州大学物理与信息工程学院，福建福州，350108)摘要：本文设计了一个应用于温度传感器的Sigma-Delta调制器。该调制器采用二阶单环一位的结构，通过开关电容型全差分电路的使用，减小了偶次谐波、衬底以及电源噪声，达到了提高精度和降低功耗的目的。本设计采用Globa1foundries0．18“mCMOS工艺，电源电压为1．8V，过采样率为256，采样时钟频率为5kHz。仿真结果表明该调制器信噪比达92．3dB，整个调制器的功耗仅为1mW。关键词：温度传感器；Sigma-Delta调制器；过采样Design

2、ofaSigma-DeltaModulatorAppliedintheTemperatureSensorWEIRong-shan，CHENJin-feng，CHENChuan—dong(CollegeofPhysicsandInformationEngineering，FuzhouUniversity，Fuzhou350108，China)Abstract：ASigma-Deltamodulatorappliedinthetemperaturesensorisproposedinthispaper．Theproposedmod—ulatorisimplementedinthesingle

3、loopsecondorderonebitstructure．Afullydiferentialswitchcapacitorcircuitisusedtoreducetheevenorderdistortionsandthenoisesfromsubstrateandpower．ThewholecircuitisbasedontheGlobalfoundries0．18mCMOStechnologywiththesupplyvoltageof1．8V，OSRof256，andsamplingfrequencyof5kHz．SimulationresultsshowthatSNRofth

4、emodul~orcanreach92．3dB，whilethepowerdissipationismerely1mW．Keywords：TemperatureSensor；Sigma-DeltaModulator；Oversampling·基金项目：“973”计划(2011CB808003)；福建省自然科学基金(2012J01269)：福州大学科技发展基金(2012一XY一26)～J^．．．．．．．=．⋯⋯1引言等领域得到了广泛的应用]。Sigma—DeltaADC主要由模拟调制器(Modula—tor)和降采样数字抽取滤波器(Decimationfilter)组自从2009年国家提倡

5、“感知中国”以来，物联成啕。Sigma—Delta调制器是Sigma-DeltaADC的核心网被列为国家五大新兴战略性产业之一，受到了全部分，其结构选择和电路参数设计决定着整个ADC社会的极大关注。位于物联网最底层的传感器，在的采样速率和转换精度等性能。Sigma—DeltaADC的物联网的发展过程中占据了日趋重要的地位[1_2】。工作原理主要是采用过采样技术和噪声整形技术，传感器实现将自然界中的非电学信号转换成电将频带内的量化噪声功率降低，而增大在高频段上学信号，输出的电学信号均为模拟信号，幅度非常的噪声功率，再利用低通数字滤波器将高频噪声滤小，仅为数个mV[31。因此，传感器需要一个

6、读取电路除，从而得到高精度的输出信号。将微弱的模拟信号读出，并将其转成数字信号，以便于进一步处理。传感器系统的示意图如图1所示，一阶Sigma—Delta调制器是最简单的结构，主要由一个积分器、一个1位的ADC和一个l位的主要由传感器、ADC和DSP构成。由于传感器处理DAC构成，如图2所示。输入信号x(z)与输出信号的信号非常接近DC信号，频率通常只有数个Hz，Y(z)经过DAC转换后的信号进行相减运算，差值在低频条件下，失调、1／f噪声、漂移等噪声会混人信信号经过积分器积分后再进人量化器。调制器的信号带内，影响电路的精度。因此，应用于传感器的号传递函数(Z)和噪声传递函数N(Z)分别

7、定ADC应将频带内的噪声滤除，以提取有用的信号。义为：此类ADC还应具有高精度、高线性度以及低失调等优点。针对此类应用，基于过采样型的Sigma—Delta)==(1)ADC能够满足要求。(z)=：丽1(2)压力湿度对于图2的系统，其z域传递函数可以表示为：风速Y(z)=(z)x(z)+Ⅳ忭(z)E(z)(3)图1传感器系统示意图由式(1)、(2)可以看出，H(Z)的极点是N本文设计了应用于温度传感器的Sigma—Delta(z)的