基于过采样Σ-Δ噪声整形的16位DAC设计和VLSI实现

摘要

本文讨论了实现稳定的1bit高阶调制器的方法，并且实现了稳定的5阶调制器，其信噪比可以达到120dB以上。　　本论文主要论述基于过采样和∑-△噪声整形的16位立体声音频DAC的系统设计及模拟前端结构设计，它采用∑-△转换技术来实现90dB的实际信噪比。其中系统设计包括对调制器结构的选取，调制器阶数和过采样比的确定，稳定性分析以及系统零点优化等等；模拟前端电路设计包括CMOS模拟运算放大器的原理及设计、开关电容积分器、带隙基准源的原理及设计等等，同时还给出上述基本构成元件的设计要求以及相关的注意事项及原理分析；本文的实现部分还给出了该芯片的后端版图实现。通过电路系统仿真以及芯片流片验证，可以达到90dB的信噪比，芯片面积仅有2.7mm2，功耗25mW。芯片已经形成IP，可以单独流片，也非常适合在SOC中应用。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1 DAC回顾

1.2 DAC作用和应用

1.3作者的主要工作

1.4各章节安排

第二章数据转换器的参数特性

2.1信号量化与采样

2.1.1理想的转换器

2.1.2量化误差分析

2.2频域测量

2.2.1信噪比(SNR)

2.2.2无杂散动态范围(SFDR)

2.2.3谐波失真(HDK)

2.2.4全谐波失真(THD)

2.2.5信号噪声失真比率(SNDR)

2.2.6有效位数(ENOB)

2.2.7动态范围(DR)

2.2.8有效精度带宽(ERB)

2.2.9互调失真(IMD)

2.2.10 多通道输入的信噪比

2.2.11 多通道功率因数(MTPR)

小结

第三章.∑-△DAC结构和调制器性能分析

3.1过采样∑-△转换技术的历史

3.2过采样技术和噪声整形技术带来的好处

3.2.1过采样好处

3.2.2噪声整形的好处

3.3过采样∑-△D/A转换器基本原理

3.4过采样∑-△调制器的结构和性能分析

3.4.1-阶Σ-△调制器的传输特性及量化信噪比

3.4.2二阶Σ-△调制器的传输特性及量化信噪比

3.4.3高阶Σ- △调制器的传输特性及量化信噪比

3.4.4几种典型的调制器

3.4.5 1bit高阶Σ-△调制器稳定性分析

小结

第四章∑-△DAC系统设计与仿真

4.1系统框图

4.2芯片管脚说明

4.3主要技术指标：

4.4系统设计考虑

4.4.1 I2S接口

4.4.2数字滤波器的选择

4.4.3调制器的选择

4.4.4一位DA和开关电容低通滤波

4.4.5模拟信号放大器

4.5系统设计和仿真的一些说明

小结

第五章电路设计与仿真

5.1.总的系统电路框图

5.2.电平转换电路设计及仿真

5.3.1位D/A和开关电容滤波器电路设计及仿真

5.3.1开关电容滤波电路

5.3.2开关时钟产生电路

5.3.3开关电容滤波器仿真波形

5.4.音频放大电路设计及仿真

5.4.1放大器控制逻辑

5.4.2左右声道及混音放大器

5.4.3后置模拟放大器仿真波形

5.5.基准源电路设计及仿真

5.6版图实现

小结

第六章结论

6.1主观功能测试

6.2参数指标测试

6.3本文的结论

小结

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文