高精度sigma-delta ADC中PGA的设计

摘要

过采样求和-增量模数转换器sigma-delta ADC(∑-ΔADC)是当前高精度ADC的一种主流结构。可编程增益放大电路(Programmable Gain Amplifier，以下简称PGA)可对其模拟电路部分信号进行放大或衰减，使其输入信号接近ADC模块的满量程值，以保证转换精度，优化整个系统的动态范围。
　　本文设计了应用于高精度∑-ΔADC的PGA电路，其结构由运算放大器、开关电容电路以及一些附加电路组成。 PGA中的运算放大器设计是本文设计的重点。本文采用增益提升结构来增大整个运算放大器的增益，从而降低PGA的误差;引入斩波稳定技术，明显降低了输入信号以及运算放大器本身所产生的噪声，提高了运算放大器的信噪比;采用轨到轨技术提高运算放大器的性能，利用偏置电路的设计，在降低功耗的同时增大了信号的输出范围，同时也提高了信号的驱动能力，使其输出信号更好地满足后接调制器的输入信号要求。
　　电路通过时钟调整转换开关的接通调整放大器的放大倍数，从而实现1、2、64、128的增益，将输入信号根据实际要求自动调整到适合A/D转换的最佳输入范围，再进行A/D转换，从而有效保证在低输入时ADC的转换精度。
　　在0.35μmCMOS工艺模型下，利用Cadence Spectre仿真工具对PGA电路中的运算放大器进行仿真，结果表明能有效满足后续调制器性能指标的要求:±2.5V的输入信号范围以及较高的信噪比。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 Σ-△ ADC

1．1．2 PGA

1．2 研究意义

1．3 论文的主要工作与组织结构

1．4 本章小结

第二章 可编程增益放大电路(PGA)原理

2．1 PGA的性能指标

2．2 PGA架构

2．2．1 PGA电路性能描述

2．2．2 PGA电路整体架构

2．3 PGA实现原理

2．3．1 不同增益的实现原理

2．3．2 共模输入信号的要求

2．3．3 斩波稳定(CHS：Chopper stabilized)的基本原理

2．4 本章小结

第三章 PGA关键电路的设计

3．1 PGA的具体架构

3．1．1 PGA第一级的具体结构

3．1．2 PGA第二级的具体结构

3．1．3 PGA中运算放大器结构的选择

3．2 斩波稳定运算放大器

3．2．1 PGA中斩波稳定运算放大器输入级的设计

3．2．2 PGA中斩波稳定运算放大器中间级的设计

3．2．3 PGA中斩波稳定运算放大器输出级的设计

3．2．4 PGA中斩波稳定运算放大器中斩波技术

3．2．5 PGA中斩波稳定运算放大器偏置电路的设计

3．3 轨到轨运算放大器

3．3．1 轨到轨输入的实现

3．3．2 轨到轨输出的实现

3．3．3 偏置电路设计

3．3．4 轨到轨运算放大器的整体结构

3．4 开关电容电路

3．5 本章小结

第四章 PGA仿真与分析

4．1 PGA第一级电路仿真

4．2 PGA第二级电路仿真

4．3 PGA整体电路仿真

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况