一种四阶带通sigma-delta调制器的分析与设计

论文摘要

高性能带通sigma-delta调制器是数字中频接收机的核心模块,它和数字降采样滤波器一起完成对中频信号的数字化处理。这样,信道选择和I/Q解调等操作在数字域完成,从而提高了接收机的设计灵活性,减小了电路的设计复杂度,因此成为射频通信领域的研究热点之一。本文基于0.18μm CMOS工艺对一种四阶带通sigma-delta调制器进行了分析和设计。首先,本文介绍了带通sigma-delta调制器的原理和结构,确定设计方案—一位四阶单环多路反馈结构,并在MATLAB/SIMULINK环境下对方案进行了行为级验证。仿真结果表明:峰值信噪比可达到90.5dB,满足设计要求。并基于此给出电路系统中关键模块的主要指标,对后期电路设计提供参考。其次,根据行为级建模提供的系数,基于TSMC0.18μm工艺,采用1.8V电源,200倍的过采样率,80MHz的有效采样频率,对中心频率为20MHz、带宽为200KHz的四阶带通sigma-delta调制器进行了电路级设计,主要包括运算放大器、双延迟型谐振器、一位量化器、反馈延迟和一位DAC电路、时钟产生电路和基准电路。仿真结果表明:峰值信噪比为84.2dB,即有效转换位数为14位,静态功耗为18mW。最后,在电路设计的基础上,对四阶带通sigma-delta调制器进行了版图设计和后仿。其中版图有效面积为:0.7mm*0.4mm;后仿结果表明:信噪比为75dB,基本满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 sigma-delta调制器的发展现状
• 1.3 论文的研究内容及组织结构
• 第2章 sigma-delta调制器原理和系统结构设计
• 2.1 sigma-delta调制器
• 2.1.1 过采样技术
• 2.1.2 噪声整形技术
• 2.1.3 高阶sigma-delta调制器的结构设计
• 2.2 行为级验证
• 2.2.1 谐振器模型
• 2.2.2 行为级模型和仿真结果
• 2.3 本章小节
• 第3章 电路设计
• 3.1 谐振器电路
• 3.1.1 谐振器基本理论
• 3.1.2 三种常见的谐振器类型
• 3.1.3 谐振器中电容值的选取
• 3.1.4 放大器电路
• 3.1.5 栅压自举开关
• 3.2 量化器电路
• 3.3 反馈延时电路和 1bit DAC 电路
• 3.4 时钟信号产生电路
• 3.5 基准电路
• 3.6 四阶带通sigma-delta调制器电路系统
• 3.7 本章小节
• 第4章 版图设计
• 4.1 布局安排
• 4.2 系统版图
• 4.3 后仿真结果
• 4.4 仿真结果差异性分析
• 4.5 电路系统性能汇总
• 4.6 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢