本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)字噪聲耦合技術(shù)的連續(xù)時間和離散時間混合∑ΔADC的研究

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【摘要】：隨著通信和多媒體市場的快速增長,數(shù)字化成為一種趨勢,越來越多的模擬處理技術(shù)被數(shù)字技術(shù)取代。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter,ADC)作為模擬域和數(shù)字域的橋梁,廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中�！啤鰽DC采用以速度換精度策略,結(jié)合過采樣和噪聲整形兩大技術(shù),大幅提高了轉(zhuǎn)換精度。在精度要求較高的通信、儀器儀表測量、高品質(zhì)音頻等系統(tǒng)中,∑△ADC成了首選ADC結(jié)構(gòu)�！啤鰽DC雖然在精度上有很大優(yōu)勢但是卻存在著功耗大的問題,尤其是在產(chǎn)品對低功耗的要求越來越嚴(yán)格的情況下,∑△ADC的功耗問題更加突出。同時滿足高精度和低功耗的設(shè)計要求是∑△ADC發(fā)展的一種必然趨勢。降低∑△ADC功耗的方案有很多,其中連續(xù)時間系統(tǒng)和提高量化器的比特數(shù)這兩種方案應(yīng)用最廣泛。但是這兩種方案都存在著一定的局限性。本文以降低∑△ADC的功耗為出發(fā)點,對上述兩種方案中的局限性進(jìn)行改進(jìn),提出了基于數(shù)字噪聲耦合技術(shù)的連續(xù)時間和離散時間混合的∑△ADC架構(gòu)。采用連續(xù)時間和離散時間相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu),既保留了連續(xù)時間結(jié)構(gòu)低功耗的優(yōu)勢,又克服了其系數(shù)不精確、設(shè)計復(fù)雜的難點。采用數(shù)字噪聲耦合技術(shù)能在提高量化器比特數(shù)的情況下不增加動態(tài)元件匹配(Dynamic Element Matching,DEM)的邏輯復(fù)雜度。與此同時,提出了開關(guān)電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q混合架構(gòu)中因采樣導(dǎo)致積分器增益損失的問題。根據(jù)上述研究思路,從兩個方面對所提出的架構(gòu)進(jìn)行了分析與驗證。一方面,通過分析與計算,確定了具體的架構(gòu)模型并進(jìn)行行為級仿真與驗證。同時,對電路實現(xiàn)中的非理想因素,包括運(yùn)放的有限增益帶寬積、運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率、積分器泄露、積分器增益誤差、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的非線性以及數(shù)字噪聲耦合對電路帶來的非理想因素等,進(jìn)行了建模與分析,為電路實現(xiàn)提供相關(guān)依據(jù)。另一方面,在上述分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了系統(tǒng)電路的設(shè)計與驗證。整個電路在SMIC180nm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductors,CMOS)工藝下實現(xiàn),第一級連續(xù)時間積分器采用電路實現(xiàn)簡單和功耗低的電阻電容結(jié)構(gòu),第二級離散時間積分器采用精確度高和線性度好的開關(guān)電容結(jié)構(gòu),采用簡單易實現(xiàn)的數(shù)據(jù)加權(quán)平均(Data Weighted Averaging,DWA)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)DEM電路,帶噪聲整形功能的量化器由中等精度和低功耗的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Successive Approximation Register ADC, SAR ADC)來實現(xiàn)。最終實現(xiàn)的電路達(dá)到預(yù)期的設(shè)計指標(biāo),且其性能與系統(tǒng)行為級仿真結(jié)果一致。
【關(guān)鍵詞】：∑△ADC 低功耗 連續(xù)時間和離散時間混合 數(shù)字噪聲耦合 動態(tài)元件匹配
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN792
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 論文的研究背景和意義15-17
• 1.2 ∑△ADC的發(fā)展歷史研究現(xiàn)狀以及存在的問題17-19
• 1.2.1 ∑△ADC的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 存在的問題18-19
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點19-20
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容19
• 1.3.2 主要創(chuàng)新點19-20
• 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排20-21
• 第二章 ADC的工作原理21-31
• 2.1 ADC的基本概念21-25
• 2.1.1 采樣21-22
• 2.1.2 量化22-24
• 2.1.3 編碼24-25
• 2.2 奈奎斯特ADC25-27
• 2.2.1 SAR ADC25
• 2.2.2 Sub-ranging ADC和Two-step ADC25-26
• 2.2.3 Flash ADC26-27
• 2.3 ΣΔ ADC27-31
• 2.3.1 ∑△ADC的原理27-29
• 2.3.2 提高∑△ADC的性能29-31
• 第三章 ∑△ADC系統(tǒng)分析與仿真31-55
• 3.1 ∑△ADC系統(tǒng)的建模31-35
• 3.1.1 離散時間∑△ADC31-33
• 3.1.2 連續(xù)時間∑△ADC33-35
• 3.2 離散時間和連續(xù)時間的等效轉(zhuǎn)換35-37
• 3.3 CT-DT混合結(jié)構(gòu)∑△ADC系統(tǒng)分析與行為級仿真37-55
• 3.3.1 CT-DT混合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析38-42
• 3.3.2 CT-DT混合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)行為級仿真與驗證42-44
• 3.3.3 CT-DT混合結(jié)構(gòu)非理想因素分析44-55
• 第四章 數(shù)字噪聲耦合技術(shù)55-65
• 4.1 降低DEM邏輯復(fù)雜度已有的技術(shù)55-57
• 4.1.1 數(shù)字∑△調(diào)制技術(shù)55-56
• 4.1.2 Leslie-Singh技術(shù)56-57
• 4.2 數(shù)字噪聲耦合技術(shù)57-59
• 4.2.1 傳統(tǒng)的噪聲耦合技術(shù)57
• 4.2.2 數(shù)字噪聲耦合技術(shù)57-58
• 4.2.3 性能的比較58-59
• 4.3 數(shù)字噪聲耦合技術(shù)非理想因素分析59-61
• 4.4 基于數(shù)字噪聲耦合技術(shù)CT-DT混合∑△ADC系統(tǒng)設(shè)計與仿真61-65
• 第五章 ∑△ADC的電路設(shè)計與驗證65-89
• 5.1 積分器電路的設(shè)計65-75
• 5.1.1 第一級連續(xù)時間積分器65-67
• 5.1.2 第二級離散時間積分器67-69
• 5.1.3 運(yùn)放的設(shè)計69-71
• 5.1.4 開關(guān)電容補(bǔ)償電路71-75
• 5.2 多比特DAC電路的設(shè)計75-78
• 5.2.1 第一級反饋DAC75-76
• 5.2.2 第二級反饋DAC76-78
• 5.3 動態(tài)元件匹配DEM電路設(shè)計78-81
• 5.4 帶有噪聲整形功能量化器的設(shè)計81-84
• 5.5 數(shù)字模塊的設(shè)計84-85
• 5.6 系統(tǒng)時鐘電路85-86
• 5.7 電路實現(xiàn)小結(jié)86-89
• 第六章 版圖研究與設(shè)計89-97
• 6.1 版圖設(shè)計基本規(guī)則89
• 6.2 噪聲89-90
• 6.3 匹配90-91
• 6.4 ∑△ADC版圖設(shè)計91-95
• 6.4.1 運(yùn)放的版圖91-92
• 6.4.2 帶整形功能量化器的版圖92-93
• 6.4.3 DWA版圖93
• 6.4.4 Σ△ADC整體版圖93-95
• 6.5 ∑△ADC電路后仿95-97
• 第七章 工作總結(jié)與展望97-99
• 7.1 工作總結(jié)97-98
• 7.2 展望98-99
• 參考文獻(xiàn)99-103
• 致謝103-105
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果105

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