高精度Sigma-Delta A/D转换技术研究与实现

摘要

Sigma-Delta模数转换器采用过采样和噪声整形技术，使得信带内的量化噪声功率受到抑制，并用数字滤波器来滤除带外的量化噪声和电路噪声，因此把负担转移到鲁棒性更强的数字电路。Sigma-Delta模数转换器在提高了转换器的信噪比和动态范围的同时，非常大程度上降低了对模拟电路精度的要求。相对于其他奈奎斯特数据转换器，由于其特有的高动态范围和鲁棒性，Sigma-Delta技术在低频、音频等众多领域有着非常广泛的应用。
　　本文主要是基于“超高精度A/D转换器新结构研究”中的研究成果，阐述了Sigma-Delta技术的基本原理及高精度Sigma-Delta模数转换器设计的关键技术。在理论推算和仿真结果的基础上比较多种高精度Sigma-Delta转换器结构，指出了各种技术的局限性及其解决方案。
　　本文设计了SIMULINK平台上Sigma-Delta模数转换器的行为级模型，不仅包含了理想调制器和滤波器的模型，还对实际电路特别是模拟电路的非理想特性进行了建模，借此分析实际电路对Sigma-Delta模数转换器的性能的影响，并通过仿真确定对各电路模块的性能要求。本文根据设计指标，通过对系统稳定性、信噪比、动态范围、带宽等性能的平衡，设计了信噪比和动态范围超过100dB Sigma-Delta模数转换器系统。
　　依据行为级仿真结果，本文设计出了符合要求的晶体管级电路模块包括全差分运算跨导放大器、FLASH ADC（模数转换器）、开关电容积分器、FLASH DAC（数模转换器）、DWA（Data Weighted Averaging）电路、时钟生成电路。通过HSPICE进行晶体管级仿真，并通过MATLAB对晶体管级仿真结果进行分析，仿真结果显示调制器能够达到设计要求并与行为级仿真的结果较为接近，证明了行为级仿真的必要性和有效性。

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第一章 绪论

1.1 Sigma-Delta技术的背景和发展现状

1.2 研究内容和设计目标

1.3 本人主要的工作及论文的安排

第二章 高精度Sigma-Delta ADC关键技术

2.1 Sigma-Delta技术原理

2.2 Sigma-Delta ADC的主要技术指标

2.3 高精度Sigma-Delta数据转换器技术

第三章 Sigma-Delta ADC的系统设计

3.1 Sigma-Delta ADC设计方法

3.2 调制器结构设计

3.3电路非理想特性建模型

3.4 数字滤波器的设计

3.5 SIMULINK环境下的仿真与验证

第四章 Sigma-Delta ADC电路设计

4.1 开关电容积分器设计

4.2 全差分运算放大器的设计

4.3 FLASH ADC设计

4.4 时钟电路设计

4.5 DAC误差校正电路设计

4.6 调制器电路总体电路仿真

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果