应用于惯性器件的高阶级联Sigma-Delta ADC设计

摘要

惯性传感器受到人们越来越多的关注,宇航、医疗等诸多领域都需要有高精度的惯性器件,而从物理模拟信号到数字信号的转换就成为了提高传感器精度的关键环节,Sigma-Delta转换器由于具有很高的分辨率而被广泛应用于惯性器件中。
　　本文首先介绍了Sigma-Delta调制器的调制原理,并着重分析了MASH结构Sigma-Delta调制原理,基于该原理分别设计了反馈2-1-1和和前馈2-1-1MashSigma-Delta调制器,分析其噪声传递函数,分析并计算了调制器中的反馈和前馈系数,并在Matlab软件Simulink下进行系统及仿真,经过不断仿真和优化最终确定了两种结构的耦合系数和反馈系数,对比了反馈式2-1-1级联结构和前馈式2-1-1级联结构,从性能和电路复杂程度等方面考虑,最终选用反馈式结构,该结构在1kHz的信号带宽、128的过采样率的条件下具有22.7bits的有效位数。之后进行电路级设计,设计了包括积分器、比较器、开关电容、多相时序、噪声抵消逻辑等模块,其中运算放大器选用弥勒补偿的二级运放,比较器选用有预防大功能的锁存比较器,多相时序中包含分频电路和组合逻辑电路,噪声抵消逻辑完全由数字电路组成,由verilog语言综合实现。整体电路在Candence下进行数模混合仿真,用Matlab对仿真结果进行频谱分析,得到最后整个调制器的信噪比为125.4dB,有效位数达到21.1位,满足传感器的技术要求。

目录

应用于惯性器件的高阶级联Sigma-Delta ADC 设计

Design Of High Order Mash Sigma-Delta Modulator Applied In Inertial Sensors

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状综述

1.3研究的目的和意义

1.4课题的主要研究内容

第2章Sigma-Delta调制器理论研究

2.1奈奎斯特模数转换器

2.2Sigma-Delta模数转换器

2.3Sigma-Delta转换器的性能指标

2.4Sigma-Delta调制器的理想特性

2.5Sigma-Delta调制器的结构

2.6本章小结

第3章级联调制器的系统级设计

3.1级联调制器参数的选择

3.2反馈式2-1-1级联结构Sigma-Delta调制器的系统级设计

3.3前馈式2-1-1级联结构Sigma-Delta调制器的系统级设计

3.4调制器中非理想因素的研究

3.5反馈式2-1-1级联结构与前馈式2-1-1级联结构的性能比较

3.6本章小结

第4章级联调制器的电路级设计

4.1开关电容积分器设计

4.2比较器设计

4.3多相时序设计

4.4噪声抵消逻辑设计

4.5整体电路仿真结果

4.6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它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致谢

个人简历