三阶级联Sigma-Delta调制器设计

摘要

本文设计了三阶级联Sigma-Delta调制器，工作主要有两大块： (1)设计了一种应用于低压，低失真开关电容(SwitchCapacitor)电路的体效应补偿开关结构。该开关电容电路可实现轨至轨(Rail-to-Rail)信号转换，比传统的自举电路具有更少的总谐波失真，其差值约为19dB。 (2)设计一种三阶(2-1)级联Sigma-Delta调制器能实现高精度的数据转换，可以应用于无线电收发器中音频解码器。整个Sigma-Delta调制器的设计，包括传输函数、系统以及主要模块的电路设计并且考虑电路的非理想因素。在完成传输函数设计，运用SIMULINK/MATLAB对级联调制器系统仿真，并获得93dB的信噪比，相当于实现16位精度的数据转换。之后对组成调制器的关键模块——开关电容积分器进行电路设计，尤其针对运算放大器，并且考虑所有电路非理想因素。 全文具体结构安排如下： 第一章为绪论，论述了本论文工作的意义和研究目的及主要工作内容。 第二章将论述开关电容的基本模块，如运算放大器、电容、开关以及无交叠时钟。之后是描述开关电容电路的应用以及开关电容低压应用的局限性。 第三章讨论低压环境下，一些有关开关电容电路应用。然后设计一种体效应补偿开关电路，并加以讨论。 第四章就过采样ADC的基本原理进行概述，综合量化噪声、输入信号和量化器的分辨率对量化器输出信号的影响进行研究。在对Nyquist采样A/D转换器的局限性简单描述之后，将介绍A/D转换中过采样和反馈原理。接下来是基于过采样技术的Sigma-Delta调制器分类讨论。 第五章针对Sigma-Delta调制器中非理想因素的讨论。这些非理想因素包括：建立误差、增益和极点误差、采样噪声、运放热噪声以及抖动噪声。 第六章在综合考虑调制器结构选择、过采样率、信号比例缩放和电路噪声的基础上采样SIMULINK工具进行系统架构和仿真。包括最重要的部分，开关电容积分器的讨论。之后对组成调制器的关键模块——开关电容积分器进行电路设计，尤其针对运算放大器，并且考虑所有电路非理想因素。 第七章是对论文内容进行总结。

目录

文摘

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第一章 绪论

第二章 开关电容电路

2.1基本模块

2.1.1运算放大器

2.1.2电容

2.1.3开关

2.1.4无交叠时钟

2.2开关电容的应用

2.2.1滤波器

2.2.2 流水线（Pipeline）模数转换器

2.2.3 Sigma-Delta模数转换器

参考文献：

第三章 体效应补偿开关

3.1低压开关电容电路的难点

3.2以前研究成果

3.3 MOS开关的失真源

3.4传统的自举开关

3.5体效应补偿开关

3.5.1体效应补偿开关的仿真结果

参考文献：

第四章 过采样A/D转换器原理

4.1 Nyquist采样A/D转换器

4.1.1采样

4.1.2量化

4.1.3 Nyquist采样A/D转换器的局限性

4.2过采样A/D转换器

4.2.1过采样

4.2.2反馈调制器

4.2.3 Sigma-Delta调制器

4.2.4性能参数

4.3 Sigma-Delta调制器结构

4.3.1二阶Sigma-Delta调制器

4.3.2单回路高阶Sigma-Delta调制器

4.3.3插入式Sigma-Delta调制器

4.3.4级联Sigma-Delta调制器

4.3.5多位量化Sigma-Delta调制器

参考文献：

第五章 Sigm-Delta调制器中电路的非理想因素

5.1建立误差

5.2增益和极点误差

5.3固有噪声

5.3.1采样噪声

5.3.2放大器热噪声

5.3.3 闪烁（Flicker）噪声

5.4抖动噪声

参考文献：

第六章 三阶级联Sigma-Delta调制器设计

6.1采样率的选取

6.2三阶(2-1)级联结构

6.3信号比例系数

6.4电容比例系数

6.5电路噪声

6.6系统仿真结果

6.7开关电容积分器设计

6.8运算放大器设计

6.8.1直流增益

6.8.2频率响应

6.8.3转换速率

6.8.4热噪声

6.8.5 闪烁噪声

参考文献：

7.结论与展望

致谢

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