16位低功耗的Delta-Sigma调制器的设计与实现

摘要

Delta-Sigma调制器因为具有高精度、高线性度、对电路非理想特性不敏感等优点，在各类半导体传感器以及MEMS传感器中的应用越来越普遍。为了实现传感器系统的微型化与便携化，需要设计出小尺寸、低功耗的Delta-Sigma调制器。
　　本文对可以应用于传感器接口电路的低功耗 Delta-Sigma调制器进行设计实现。首先是对Delta Sigma调制器低功耗设计技术的发展进行调研，着重研究了几种常用的Delta Sigma调制器低功耗设计技术。再将多种调制器结构从功耗、信噪比、电路设计的复杂程度方面进行对比，最终决定采用使用运算放大器共享技术的单环四阶一位量化Delta Sigma调制结构进行本文的调制器设计。这种结构各级积分器输入输出摆幅较低，对电路非理想特性不敏感，适宜在低功耗设计中使用。调制器的核心模块——四级积分器，采用的是开关电容积分器，并使用运算放大器共享技术，使积分器中的运放不存在被“闲置”的情况，减少调制器中运算放大器的使用个数，达到了降低功耗的目的。调制器系统的采样频率为3.072MHz，过采样率为128，信号带宽为12kHz。
　　采用SMIC65nm CMOS工艺进行Delta-Sigma调制器的版图设计，遵循自上而下－自下而上的设计原则进行版图设计。版图后仿真结果表明：在输入信号幅度为0.1V，频率为3.3734kHz时，Delta-Sigma调制器的噪底在-100dB左右，SNDR为90.2dB，功耗为503.57?W，满足设计要求。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文研究内容

第2章 Delta-Sigma调制器的系统级设计

2.1 Delta-Sigma调制器的结构分析

2.2 Delta-Sigma调制器的功耗分析

2.3 Delta-Sigma调制器的行为级建模

2.4 本章小结

第3章 Delta-Sigma调制器的电路级设计

3.1 开关电容积分器的设计

3.2 两相互不交叠时钟产生电路

3.3 加权求和电路

3.4 比较器

3.5 1bit DAC

3.6 Delta-Sigma调制器的时序设计与仿真

3.7 本章总结

第4章 Delta-Sigma调制器的版图级设计

4.1 Delta-Sigma 调制器的版图设计

4.2 Delta-Sigma 调制器的晶体管级后仿真

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文以及其它成果

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致谢