16位∑-△ADC模拟部分的研究与设计

摘要

随着电子技术的发展，模数转换对精度的要求越来越高，∑-△调制器结构成为迄今为止在数字VLSI技术中执行高精度AD转换最吸引人的方法。∑-△(sigma-delta)转换技术是建立在过采样、噪声整形和数字降频滤波器技术的基础上的，它采用过采样噪声整形技术实现高精度模数转换，和传统的Nyquist率模数转换器相比，它可以避免了对模拟电路性能指标和元器件匹配精度的较高要求，可以充分利用现代VLSI的高速、高集成度、低成本的优点。同时∑-△转换器采用DSP技术，其数字化特性可以使之集成到其他的数字芯片上，工艺不具有特殊性，这使它在成本方面也可以下降，优于其他AD转换器。 本论文研究与设计的是一种16位∑-△转换器模拟部分电路，∑-△ADC采用∑-△调制技术来实现模数转换。它主要是根据sigma-delta调制原理，设计出二阶sigma-delta调制器，调制器采用全差分开关电容电路实现。并根据系统结构特点优化电路结构，克服电路中存在的积分器非理想特性、比较器非理想特性、开关非零导通电阻、电路噪声等非理想因素。同时对模拟部分的每个模块进行了电路设计，其中包括CMOS运算放大器的设计、基准带隙的原理与设计、开关电容积分器的设计，还有比较器、两相非交叠时钟、反馈DAC等模块的电路结构和参数设计。 本文中给出了通过cadence软件验证的各个模块和整体模块的彷真结果，实现了16位ADC的精度要求。

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第一章绪论

§1.1课题研究的背景和意义

§1.2∑-△ADC的优势

§1.3∑-△ADC的最新进展

§1.4本论文结构

第二章AD转换器及∑-△调制器原理

§2.1 AD转换器

§2.2∑-△ADC的原理

第三章∑-△ADC的结构设计

§3.1量化器的位数

§3.2过采样率和调制器阶数的确定

§3.3系统中非理想因素的分析

§3.4本章小结

第四章运算放大器的电路设计及其彷真

§4.1 CMOS运算放大器的原理

§4.2运算放大器的设计

§4.3本章小结

第五章∑-△ADC的模拟部分电路设计及其仿真结果

§5.1∑-△调制电路及其仿真结果

§5.2开关电容电路的设计和仿真

§5.3带隙基准源的电路设计

§5.4其他辅助电路的设计

§5.5本章小结

第六章结论

致谢

参考文献