用于电能测量单片delta-sigma ADC设计

摘要

Delta-sigma ADC由于采用了过采样和噪声整形，使得信号带宽内的量化噪声受到抑制，带内信噪比得到增强。同时，delta-sigma ADC依靠过采样和复杂的数字滤波器使得模拟电路部分的电路设计性能指标可以大幅度下降，降低了电路设计难度。因此，由于delta-sigma ADC的高性能和设计的易实现性，在各个领域得到广泛应用。 本论文首先介绍了高精度电能测量的意义和发展状况，以及目前业界内的测量标准。在此基础上讨论delta-sigma技术基本概念，并且设计了一款能够用于电表测量的二阶delta-sigma调制器。根据系统要求，本论文详细叙述了从matlab系统级设计到利用verilog-A-模拟硬件描述性语言-delta-sigma调制器行为级设计，再到实现晶体管设计整个设计流程。特别着重讨论了在matlab系统级设计和verilog-A的行为级设计。在matlab设计中，利用matlab仿真设计的快速，抽象化，自动化程度高等特点，通过design-toolbox工具对调制器结构，参数等自动优化，分析最大信噪比。并且根据优化后的噪声传递函数在simulink环境下实现调制器瞬态仿真模型，验证理论设计结果。而在verilog-A行为级设计中，通过硬件描述语言设计运算放大器，比较器等复杂模拟电路模块的性能指标，采用电路线性化行为模型，忽略实际复杂晶体管电路。使得设计师能够专注于开关电路和控制时序的设计。最后，再根据行为级仿真中确定的运算放大器指标完成相应的晶体管电路设计。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1立题意义

1.2电能测量芯片介绍

1.2.1 AD7755的工作原理

1.3国内外ADC研究发展介绍

第2章Delta-Sigma ADC基础

2.1奈奎斯特采样速率ADC与过采样率ADC

2.2ADC性能指标

2.3量化噪声分析

2.4过采样

2.5噪声整形

2.5.1噪声整形与kT/C噪声

2.5.2一阶噪声整形

2.5.3二阶噪声整形

2.6误差机制分析

2.6.1直流输入产生的基频噪声

2.6.2放大器有限的直流增益

2.6.3器件噪声分析

2.6.4非线性讨论

2.6.5稳定性问题的讨论

第3章高性能二阶delta-sigma ADC电路设计

3.1 delta-sigma调制器结构设计与Matlab仿真

3.1.1 Delta-sigma调制器结构设计

3.1.2 NTF传递函数优化

3.1.3带零点调整的二阶调制器结构

3.1.4 Matlab仿真验证系统指标

3.2时序设计与verilog-A仿真

3.2.1积分器时序设计降低寄生效应影响

3.2.2电容大小的确定

3.2.3基于Verilog-A的调制器模型和时序

3.3电路晶体管设计

3.3.1运算放大器结构设计

3.3.2比较器设计

3.3.3时序生成器设计

附录：运算放大器verilog-A模型程序

总结与展望

参考文献

致谢