CMOS宽带连续时间Sigma-Delta调制器

摘要

连续时间Sigma-Delta(CTSD)调制器能同时实现低功耗与高带宽，是未来Sigma-Delta(CTSD)模数转换器的发展方向之一。它广泛应用与无线通讯和视频领域。
　　 本文在SMIC0.18-um CMOS工艺条件下设计了一个高带宽低功耗的连续时间Sigma-Delta(CTSD)调制器，包括系统设计、电路设计和版图设计。本文对各种类型的模数转换器进行了比较，阐述了连续时间Sigma-Delta调制器的优缺点。在系统设计中考虑了各种电路非理想因素，包括运放的有限直流增益、有限增益带宽积、非零环路延时、RC时间常数的偏差、时钟抖动、以及DAC的非线性等等。电路设计中采样了积分器补偿技术，可减小运放有限单位增益带宽的影响，在同等速度下也可以降低功耗。另外，加法器和量化器是通过跨导单元和梯形电阻结合在一起的，并且设计了高速比较器，满足环路延时的要求。通过系统仿真对DAC的线性度要求，并结合工艺参数合理的选取了电流源单元的尺寸。在采样时钟为200MHz和过采样率为20的条件下，该调制器采用了单环3阶4位量化结构。通过Hspice仿真验证，该调制器达到了5MHz的信号带宽和75dB的动态范围，在1.8V电源电压下其总功耗为20mW。