16b 480uW 0.35um音频Delta-Sigma ADC的设计

摘要

随着消费类电子市场的蓬勃发展，片上系统在手持音频设备和无线通信领域得到了广泛的应用。音频模数转换器作为模拟和数字信号之间的桥梁受到关注，其高精度低功耗成为设计重点。本文在透析音频△-∑ADC理论，现状以及发展趋势上，提出了高精度低功耗音频△-∑ADC设计方案，期待在500uW功耗下实现16bit转换精度。
　　 针对设计目标，通过比较前馈结构，反馈结构的优缺点，从低功耗的角度选取了前馈结构为△-∑ADC的系统结构。在前馈结构中，为了进一步降低功耗，详尽分析了过采样率、系统阶数、量化位数等系统参数，提出了为系统所使用的低功耗实现结构。
　　 通过使用MATLABSIMULINK对△-∑ADC建立理想分析模型，确定了系统的时序。在非理想性因素中，通过分析采样电容的热噪声、运算跨导放大器OTA有限增益对传递函数的影响、OTA有限增益带宽积对信号建立误差的作用、OTA有限转换速率和MOS开关电荷注入等非线性因素对于△-∑ADC性能的影响，给出各设计指标参考值，给电路模块设计提供依据，包括OTA、共模反馈电路、离散比较器、时钟电路和小增益反馈电路等。
　　 电路在TSMCCMOS0.35um Mixed Signal工艺下通过CadenceVirtuoso设计完成。△-∑ADC转换输出数字信号，使用8192点进行FFT变换，得到其频谱特性。结果表明，最大信号噪声比达到了105dB，动态范围达到了106dB，系统总功耗为480uW。系统的品质因数FOM达到了4416μJ，实现了预期的目标。

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致谢

第一章 引言

1.1研究背景

1.2研究内容

1.3研究目标

1.4文章的组织结构

第二章 △-∑ADC基本理论

2.1过采样技术(Over-sampling)

2.2噪声整形技术(Noise Shaping)

2.3降采样滤波技术(Decimation Filter)

第三章 △-∑ADC系统设计

3.1系统拓扑设计

3.1.1过采样率，系统阶数，量化位数

3.1.2前馈和反馈结构

3.2系统参数设计

3.2.1方案选择

3.2.2系数设计

3.3理想系统模型分析

3.4非理想性因素分析

3.4.1采样电容取值

3.4.2 OTA有限增益

3.4.3 OTA有限增益带宽积

3.4.4 OTA有限转换速率

3.4.5 CMOS开关

第四章 模块电路设计

4.1运算跨导放大器

4.2共模反馈(CMFB)电路

4.3离散比较器

4.4时钟电路

4.5小增益反馈

第五章 系统仿真

总结和展望

参考文献

攻读学位期间发表/录用的学术论文