基于双积分原理的模数转换器芯片的设计

论文摘要

过去几十年里,数字信号处理技术在理论和实践上都取得了突飞猛进的发展。由于它具有可靠性高、灵活性强、成本低廉等特点,从而逐渐在各个领域代替了传统的模拟信号处理方式。但是模拟信号处理及模拟集成电路的设计不仅没有淡出历史舞台,相反在某些地方更加凸显其不可替代的作用。现实世界是模拟的,要充分利用先进的数字信号处理技术就必须进行模数转换,在测量领域尤其如此。模数转换有多种实现方法,根据不同的应用选择也就不同。在视频及无线通信领域对高速的要求决定了流水线方式是最佳的选择,在音频处理上对音质的要求决定了∑-Δ这种中低速、高精度转换方式是不错的选择,而对于现实世界中的很多低速测量,考虑到成本和功耗的问题,双积分转换方式又是更优的选择。针对现实世界中的低速测量应用,本文分析和设计了一种基于双积分原理的模数转换器电路。文章首先介绍了模数转换器的发展趋势和有关模数转换器和双积分原理的基础知识;接着在简略介绍双积分模数转换器系统工作原理的基础上详细讨论了系统重要子模块的指标和系统性能之间的关系,从系统角度来优化整个电路设计;然后文章详细介绍了各子模块电路的分析、设计与仿真;本设计己成功流片,文章在此基础上介绍了实际芯片的应用、测试及测试结果,并在应用上对重要注意事项进行了分析说明;最后得出了结论。本论文是设计理论与实践相结合的一次有价值的尝试,对于应用在测试和测量领域的高精度中低速模数转换器的研究具有一定的参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 模拟信号处理和数字信号处理
• 1.2 模数转换器的发展状况
• 1.3 本论文的工作及结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 模数转换器和双积分原理基础知识
• 2.1 模数转换器的组成
• 2.2 模数转换器的主要参数
• 2.3 模数转换器的分类
• 2.3.1 积分型模数转换器
• 2.3.2 逐次逼近型模数转换器
• 2.3.3 并联转换器
• 2.3.4 Pipeline模数转换器
• 2.3.5 折叠插值模数转换器
• 2.3.6 Sigma-Delta模数转换器
• 2.4 双积分原理分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 双积分模数转换器的系统分析
• 3.1 电路整体架构和主要时序分析
• 3.2 运算放大器的性能对系统的影响
• 3.2.1 运放的增益对系统的影响
• 3.2.2 运算放大器的带宽对系统的影响
• 3.2.3 运算放大器的噪声对系统的影响
• 3.2.4 运算放大器的 CMRR对系统的影响
• 3.3 比较器的性能对系统的影响
• 3.3.1 比较器的增益对系统的影响
• 3.3.2 比较器的带宽对系统的影响
• 3.3.3 比较器的噪声对系统的影响
• 3.4 模拟地（COMMON）的噪声对系统的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 双积分模数转换器的电路实现
• 4.1 运算放大器的设计与仿真
• 4.1.1 运算放大器恒Gm的设计
• 4.1.2 运算放大器输出级的设计
• 4.1.3 运算放大器带宽的设计
• 4.1.4 运算放大器的仿真
• 4.2 比较器的设计与仿真
• 4.2.1 比较器的设计
• 4.2.2 比较器的仿真
• 4.3 电压基准源的设计与仿真
• 4.3.1 BG的设计
• 4.3.2 VCOM的设计
• 4.3.3 BG和VCOM的仿真
• 4.4 电流基准源的设计与仿真
• 4.4.1 电流基准源的设计
• 4.4.2 电流基准源的仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 实际芯片的应用及测试
• 5.1 芯片的版图
• 5.2 芯片的典型应用和关键元器件的选择
• 5.3 芯片内部的运放的测试
• 5.4 模数转换器的测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果