4阶全差分sigma-delta调制器设计与研究

摘要

Sigma-delta ADC采用过采样和噪声整形技术，达到了传统ADC无法达到的高精度。随着对sigma-delta技术的研究逐步展开和深入，sigma-delta ADC朝着高精度、低功耗、高采样率的方向拓展。如今已经被广泛应用于测量检测系统、数字音频、通信等各个不同的领域。而sigma-delta ADC主要由sigma-delta调制器和数字滤波器构成。
　　本文提出了一款应用于测量检测系统的高精度的sigma-delta调制器。为了有效的减小非线性，提高调制器的整体性能，本次调制器的设计采用了四阶单环一位量化的CIFB结构。结合本文提出的调制器的系统设计方法，在MATLAB中综合利用DSToolbox工具包，高效完成了整体调制器系统的行为级的仿真。仿真结果表明调整器的SNDR达到了112dB。与此同时，在行为级仿真时的非理想因素都被参数化之后用于电路级模块设计的性能指标。在Cadence IC设计环境中，采用GSMC130nm CMOS工艺，完成了整个调制器的设计。调制器采用全差分开关电容结构，有效的减小了偶次谐波，降低了功耗、抑制电路非线性的影响。调制器整体采用3.3V的工作电压，在采样时钟为1MHz，输入-4.4BFS的1KHz信号时，仿真得到最后系统的SNDR达到了107dB，有效位数为17.6bit。实现了调制器的整体设计指标，达到了高精度的要求。最终完成调制器的整体的版图的绘制。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究热点和现状

1.3 论文研究目标、内容、意义

1.4本论文组织安排

第二章 模数转换器基础

2.1模数转换器原理和分类

2.2模数转换器性能参数

2.3 sigma-delta调制器原理

2.4 sigma-delta调制器结构

第三章 sigma-delta调制器系统分析和设计

3.1调制器整体结构和参数的确定

3.2调制器噪声传递函数和信号传递函数的优化

3.3调制器传递函数到结构拓扑系数的映射和优化

3.4调制器非理想因素分析和仿真

3.5小结

第四章 sigma-delta调制器电路设计与实现

4.1跨导运算放大器（OTA）的设计

4.2开关，电容，电阻设计

4.3比较器和锁存器设计

4.4时钟产生电路设计

4.5调制器整体电路和仿真结果

4.6小结

第五章 版图设计

5.1 运算放大器的版图

5.2 栅压自举开关的版图

5.3 整体版图

第六章 总结和展望

参考文献

致谢