时域交织宽带带通Sigma-Delta调制器研究

摘要

该研究计划的目的是探索适用于移动通信领域的,满足至少70dB动态范围,信号带宽达到1.25MHz的A/D转换器的设计方法.工作的侧重点在于以时域交织的过采样带通Sigma-Delta调制器为基础的A/D转换器的研究.该文的工作得到了国家863计划超大规模集成电路系统芯片重大专项(2000)中关于Sigma-Delta调制器预研课题的资助.基于上述动机,论文系统地介绍了笔者在Sigma-Delta调制技术的基础理论以及带通调制器在RF接收器宽带中频信号数字化应用方面的研究工作.在深入研究Sigma-Delta信号处理理论的基础上,结合CMOS高速电流开关的设计,笔者提出了一种适合大动态范围高速带通Sigma-Delta调制器内建自测试(BIST)应用的高频正弦模拟信号源的设计新方法.文章回顾了Sigma-Delta调制器的研究历史,并对不同结构的RF接收器的性能优势和缺陷进行了比较.关于带通Sigma-Delta调制器的白噪声线性模型以及调制器的性能评估尺度,文中也予以了详细的介绍.作者对Candy的双环低通标准型进行了改进,并对改进后的调制器的稳定性和量化误差特性进行了理论和仿真实验研究.实验结果证实了Sigma-Delta调制器的白噪声线性模型忽略了量化误差与输入信号之间的强相关性.而恰恰是这种相关性导致了调制器单频干扰和稳定性问题的产生.基于以上研究工作,作者进一步介绍了采用z<'-1>→-z<'-2>的变换由2-1级联的低通调制器直接设计4-2级联的6阶带通Sigma-Delta调制器的方法.并结合4-2级联的6阶带通Sigma-Delta调制器的时域交织结构,完成了双通道谐振器的开关电容电路和双相不重叠时钟控制逻辑的设计.对影响带通Sigma-Delta调制器性能的非理想电路特性进行了理论分析.依据CMOS开关电容电路的kT/C噪声,并结合考虑运算放大器的噪声和4位反馈D/A的非线性所引起的噪声,文章对电路的实际动态范围进行了估算.最后文章对进一步研究的方向提出了作者的几点建议.对于连续时间Sigma-Delta调制器或多通道时域交织的开关电容Sigma-Delta调制器的进一步研究,可以将大动态范围的模拟Sigma-Delta调制器的带宽提高到5MHz以上.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1问题的提出

1.2论文的选题背景及本文的主要工作和安排

2RF接收器结构和IFA/D转换器性能需求综述

2.1无线通信系统芯片设计的一个瓶颈问题

2.2不同结构RF接收器的性能优势和缺陷比较

2.3数字化中频超外差式RF接收器结构

2.4混频过程中的镜像信号干扰问题

3带通SIGMA-DELTA调制器设计的初步设想

3.1研究现状和基本技术路线

3.2 SIGMA-DELTA调制器的性能评估尺度

3.3单环和双环低通SIGMA-DELTA调制器的暂态分析

3.4改进的双环低通SIGMA-DELTA调制器的量化误差特性

3.5 SIGMA-DELTA调制器的线性模型

44-2级联6阶带通SIGMA-DELTA调制器设计

4.1 2-1级联的低通SIGMA-DELTA调制器结构

4.2 4-2级联的带通SIGMA-DELTA调制器结构

4.3时域交织的4-2级联的带通SIGMA-DELTA调制器结构

4.4传输函数的匹配误差对带通SIGMA-DELTA调制器性能的影响

4.5时钟抖动对带通SIGMA-DELTA调制器性能的影响

4.6双通道谐振器的开关电容通道滤波器和时钟控制逻辑

5适合调制器BIST应用的高频正弦信号发生器

5.1一种高精度正弦信号发生器的专利技术简介

5.2 SIGMA-DELTA调制器BIST方法的研究现状

5.3一位高精度数字正弦信号的生成

5.4一位高精度数字正弦信号的模拟重建

6总结

6.1全文总结

6.2关于进一步研究的几点建议

致谢

参考文献

附录1攻读博士学位期间发表的论文目录