开关电流电路及其Sigma-Delta调制器的研究

摘要

开关电流技术是一种与标准数字CMOS工艺完全兼容的模拟取样信号处理技术,它具有低成本、低电压、低功耗以及易于集成的优点,是继开关电容技术之后,数字/模拟混合集成电路实现技术发展的新方向。
　　本文对开关电流电路的工作原理、电路结构和制约开关电流电路性能的非理想性及其电路改进技术进行了深入研究,并对有着重要应用前景的开关电流 Sigma-Delta调制器的实现技术进行了初步的探讨和研究。论文的主要研究成果概括如下:
　　1.提出一种改进的、无瞬态虚假信号的开关电流甲乙类存储单元,该电路能在±1V电源电压条件下正常工作,具有结构简单、容易设计等优点。并给出了采用该存储单元设计的一周期延迟单元和双线性积分器实例,其中设计的双线性积分器可以实现双频采样输出。使用 TSMC0.18μm工艺参数模型进行电路仿真,结果表明所设计的电路失配误差小、没有瞬态虚假信号,其输出波形非常理想,设计结果达到了预期目的。
　　2.设计了一种低电压、低功耗的甲乙类 S2I存储单元,电源电压为±0.5V。为了增大输入信号动态范围,在设计中采用了 CMOS开关;并采用重叠时钟控制方案来改善电路性能。使用EKV MOS晶体管模型参数进行了电路仿真,仿真结果表明该电路的性能优于基本甲乙类存储单元。
　　3.根据开关电流电路中时钟馈通的产生机理和数学模型,提出一种简洁有效的时钟馈通补偿方案,该实现方案采用的电路结构简单,无需使用复杂的时钟系统,仿真实验结果表明由该方案构成的开关电流存储单元的误差电流减小了近10倍。
　　4.提出了一种开关电流二阶Sigma-Delta调制器结构的电路实现方案和关键参数的估算方法,并完成了开关电流Sigma-Delta调制器子电路的设计和仿真。

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第一章 绪论

§1.1 开关电流技术产生的背景

§1.2 开关电流技术与开关电容技术的比较

§1.3 开关电流技术的发展与研究现状

§1.4 论文的主要工作与章节安排

第二章 开关电流电路基本结构的研究

§2.1 开关电容技术基础简单回顾

§2.2 开关电流电路的基本原理

§2.3 开关电流延迟单元

§2.4 开关电流积分器

§2.5 开关电流微分器

§2.6 开关电流甲乙类存储单元

第三章 开关电流电路误差机理及其电路改进技术

§3.1 有限输出－输入电导比误差

§3.2 电荷注入误差

§3.3 调整误差

§3.4 失配误差

§3.5 电子噪声误差

第四章 Sigma-Delta调制器的原理与结构

§4.1 奈奎斯特采样和过采样A/D转换的比较

§4.2 连续时间信号采样

§4.3 量化与量化噪声

§4.4 Sigma-Delta调制原理与系统结构

第五章 开关电流Sigma-Delta调制器的实现技术

§5.1调制器的结构选择和参数估算

§5.2 开关电流Sigma-Delta调制器子电路的设计

结束语

参考文献

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