论文题目: 基于过采样Σ-Δ噪声整形的16位DAC设计和VLSI实现
论文类型: 硕士论文
论文专业: 信号与信息处理
作者: 邓彦松
导师: 陈天麒,邹铮贤
关键词: 转换器,调制器,过采样,噪声整形
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: Σ-Δ转换器技术是基于过采样噪声整形的数据转换技术,非常适合用于高精度数据转换器结构。以Σ-Δ转换器技术为基础的转换器相比于其他类型的D/A 转换器有很多先进之处,其最主要的优势在于采用了较简单的模拟电路结构,因此其成本可以持续下降,同时其数字化特性可以使之集成到其它的数字芯片中,其工艺不具有特殊性。Σ-Δ转换器固有的线性以及对差分非线性和背景噪声的不敏感特性,使得系统的信噪比可以做得很高。在实现高精度数据转换器的设计中,至少在成本方面,基于过采样和Σ-Δ噪声整形的结构具有无以伦比的优势。当然Σ-Δ调制器并不是完美的,1bit 高阶调制器的不稳定性就是它一个软肋。本文讨论了实现稳定的1bit 高阶调制器的方法,并且实现了稳定的5阶调制器,其信噪比可以达到120dB 以上。本论文主要论述基于过采样和Σ-Δ噪声整形的16 位立体声音频DAC 的系统设计及模拟前端结构设计,它采用Σ-Δ转换技术来实现90dB 的实际信噪比。其中系统设计包括对调制器结构的选取,调制器阶数和过采样比的确定,稳定性分析以及系统零点优化等等;模拟前端电路设计包括CMOS 模拟运算放大器的原理及设计、开关电容积分器、带隙基准源的原理及设计等等,同时还给出上述基本构成元件的设计要求以及相关的注意事项及原理分析;本文的实现部分还给出了该芯片的后端版图实现。通过电路系统仿真以及芯片流片验证,可以达到90dB的信噪比,芯片面积仅有2.7mm~2,功耗25mW。芯片已经形成IP,可以单独流片,也非常适合在SOC 中应用。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 DAC 回顾
1.2 DAC 作用和应用
1.3 作者的主要工作
1.4 各章节安排
第二章 数据转换器的参数特性
2.1 信号量化与采样
2.1.1 理想的转换器
2.1.2 量化误差分析
2.2 频域测量
2.2.1 信噪比(SNR)
2.2.2 无杂散动态范围(SFDR)
2.2.3 谐波失真(HD K )
2.2.4 全谐波失真(THD)
2.2.5 信号噪声失真比率(SNDR)
2.2.6 有效位数(ENOB)
2.2.7 动态范围(DR)
2.2.8 有效精度带宽(ERB)
2.2.9 互调失真(IMD)
2.2.10 多通道输入的信噪比
2.2.11 多通道功率因数(MTPR)
第三章 ∑-△DAC 结构和调制器性能分析
3.1 过采样∑-△转换技术的历史
3.2 过采样技术和噪声整形技术带来的好处
3.2.1 过采样好处
3.2.2 噪声整形的好处
3.3 过采样∑-△D/A 转换器基本原理
3.4 过采样∑-△调制器的结构和性能分析
3.4.1 一阶Σ-Δ调制器的传输特性及量化信噪比
3.4.2 二阶Σ-Δ调制器的传输特性及量化信噪比
3.4.3 高阶Σ-Δ调制器的传输特性及量化信噪比
3.4.4 几种典型的调制器
3.4.4.1 1bit 低阶Σ-Δ调制
3.4.4.2 1bit 高阶Σ-Δ调制
3.4.4.3 多比特高阶Σ-Δ调制
3.4.4.4 级联高阶Σ-Δ调制(又称MASH 结构)
3.4.5 16it 高阶Σ-Δ调制器稳定性分析
第四章 ∑-△DAC 系统设计与仿真
4.1 系统框图
4.2 芯片管脚说明
4.3 主要技术指标
4.4 系统设计考虑
4.4.1 I 2 S 接口
4.4.2 数字滤波器的选择
4.4.3 调制器的选择
4.4.3.1 过采样比的选取
4.4.3.2 稳定性分析
4.4.3.3 实际的环路滤波器拓扑结构和零点优化
4.4.3.4 连续时间和离散时间环路滤波器
4.4.3.5 一位及多位量化器
4.4.4 一位DA 和开关电容低通滤波
4.4.4.1 开关电容替代电阻
4.4.4.2 开关电容积分器实现
4.4.4.3 开关电容滤波器设计
4.4.5 模拟信号放大器
4.5 系统设计和仿真的一些说明
第五章 电路设计与仿真
5.1 总的系统电路框图
5.2 电平转换电路设计及仿真
5.3.1 位D/A 和开关电容滤波器电路设计及仿真
5.3.1 开关电容滤波电路
5.3.2 开关时钟产生电路
5.3.3 开关电容滤波器仿真波形
5.4 音频放大电路设计及仿真
5.4.1 放大器控制逻辑
5.4.2 左右声道及混音放大器
5.4.3 后置模拟放大器仿真波形
5.5 基准源电路设计及仿真
5.6 版图实现
第六章 结论
6.1 主观功能测试
6.2 参数指标测试
6.3 本文的结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文
发布时间: 2005-09-23
参考文献
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