Sigma Delta调制器系统结构及线性度优化技术研究

摘要

模数转换器（ADC）能将模拟域内的信号转换为数字域内的信号，是各种需要收集并处理模拟信号的系统中必不可少的重要部件。Sigma Delta ADC通过基于过采样和噪声整形技术，以其高精度的特点，在音频、先进传感器等方面有着广泛的研究和应用。在近年来的研究中，受线性度、分辨率、功耗、面积等指标的制衡，现阶段Sigma Delta ADC常通过优化调制器系统结构以及利用多比特量化来提高其精度及线性度。
　　本文主要研究Sigma Delta调制器系统结构优化及提高线性度的技术。论文完成了对基于噪声耦合技术的Sigma Delta调制器的研究分析，对比了多种基于噪声耦合技术的调制器结构及其基本性能。运用MATLAB进行系统的行为建模及仿真，深入分析基于噪声耦合技术的Sigma Delta调制器在精度提升的同时，线性度提升的内在原因，同时进行了仿真与验证。
　　多比特量化器的应用，带来了反馈DAC的非线性问题。这直接限制了Sigma Delta的谐波性能。如何在提高Sigma Delta系统线性度的同时减小额外资源消耗，成为研究的热点。本文设计了一种基于随机化原理的新型DWA算法，并对算法进行了系统的研究与仿真实现。利用MATLAB软件建模，仿真验证新型DWA算法对于调制器性能的提升作用，并与传统DWA算法进行对比。新型DWA算法电路由数字硬件语言VHDL设计实现，并在Quartus II软件的Modelsim进行了逻辑仿真验证。最后利用Design Compiler将RTL级代码综合成门级网表。综合后的新型DWA算法电路相比传统DWA算法在面积上下降8％，总动态功耗上下降13.9%。
　　利用以上噪声耦合及新型DWA技术，完成了对整个Sigma Delta调制器的精度及线性度的提升，从系统层面上降低了Sigma Delta调制器的功耗及面积。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及发展态势

1.3 论文研究内容及结构安排

第二章 Sigma Delta调制器概述

2.1 调制器基本概述

2.2 过采样和噪声整形

2.3 主要性能指标

2.4 提升性能的方法及分析

2.5 本章小结

第三章 基于噪声耦合技术的调制器系统分析

3.1 噪声耦合技术基本原理

3.2 基于噪声耦合技术的调制器系统分析

3.3 基于噪声耦合技术的系统线性度提升验证分析

3.4 本章小结

第四章 基于随机化原理的DWA算法设计分析

4.1 影响系统线性度的因素

4.2 多比特DAC的线性度

4.3 基于随机化原理的DWA算法设计

4.4 DWA算法的MATLAB建模

4.5 基于随机化原理的DWA算法仿真分析

4.6 基于随机化原理的DWA算法的数字实现

4.7 本章小结

第五章 基于新型DWA算法的噪声耦合Sigma Delta调制器系统的实现

5.1 系统设计

5.2 MATLAB/SIMULINK系统模型搭建

5.3 系统仿真分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果