用于计量的高精度Delta-SigmaADC的设计

摘要

计量用ADC需要很高的精度，而目前Delta-Sigma是设计高精度ADC的主要选择结构。因而采用结合了过采样和噪声整形技术的Delta-Sigma结构来进行设计。本文设计了一个集成了片内可编程增益放大器（PGDA）和带隙基准的高精度elta-Sigma ADC。
　　本文首先对课题的研究背景做了介绍，然后详细阐述了Delta-Sigma ADC的组成及工作原理。同时，详细讨论了运算放大器有限直流增益、有限带宽、有限摆率，电容失配，采样开关的非零导通电阻，系统死区，空闲音(idle tone)以及系统稳定输入范围等非理想因素对系统性能的影响。随后根据所要求的指标进行系统级设计，主要包括Delta-Sigma调制器的结构选取、调制器阶数和过采样率的确定、积分器增益和前馈系数的确定。设计出三阶单环前馈一位量化过采样率为512的Delta-Sigma ADC，采用全差分开关电容电路实现可编程增益放大器(PGA)、积分器、比较器、加法器和数模转换器(DAC)。数字电路部分采用无符号数的形式实现数字降采样滤波器，并完成分频器、增益控电路、过载检测电路、串行接口电路和校准电路的设计。对设计的调制器进行了相应的非理想特性的系统级验证。最后采用GF0.35μm CMOS工艺进行电路设计和版图设计。
　　版图后仿真结果表明，在19Hz的信号带宽内ADC噪底在-143dB以下，谐波在-110dB以下，模拟部分总功耗为3.777477mW。验证结果表明电路性能满足设计要求。

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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

1.3主要研究内容

第2章Delta-Sigma ADC中非理想因素的分析

2.1 Delta-Sigma ADC的工作原理

2.2 运算放大器的非理想因素

2.3电路的低频1/f噪声

2.4采样开关的非零导通电阻

2.5系统死区

2.6空闲音（idle tone）

2.7系统稳定性

2.8本章小结

第3章 Delta-Sigma ADC的系统级和电路级设计

3.1 Delta-Sigma调制器的系统级设计

3.2 Delta-Sigma调制器的电路级设计

3.3 Delta-Sigma ADC数字部分的设计

3.4本章小结

第4章 Delta-Sigma ADC的仿真结果及版图设计

4.1 Delta-Sigma ADC的电路仿真结果和分析

4.2 Delta-Sigma ADC的版图设计

4.3 Delta-Sigma ADC的版图后仿真结果和分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

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