适用于中频接收机的带通Simgma-Delta调制器的研究与实现

论文摘要

随着无线通信技术的飞速发展和集成电路工艺的不断进步,模数转换器正朝着高速、高精度、低功耗的方向发展。相对于奈奎斯特型模数转换器,Sigma-Delta（∑Δ）模数转换器因为不受元器件匹配精度的限制,在高精度方面表现出更大的优势。特别是在接收机系统中,基于∑Δ调制技术的带通∑Δ模数转换器可以可靠地把中频窄带模拟信号转换为数字信号,这既有利于提高接收机系统的性能和集成度,又为多模式接收机的研制提供了可能。本文主要研究带通ΣA模数转换器中最关键的模块：带通ΣΔ调制器。论文从∑Δ调制器的基本理论出发,阐述了带通EA调制器在中频实现高精度的原理,运用MATLAB中的Simulink工具对带通∑Δ调制器中的非理想因素进行了系统级建模和仿真,提出了考虑运算放大器非理想特性后谐振器的传输函数来优化谐振器的性能,并且详细地讨论了各个电路模块的实现方式,最后介绍了版图设计方法和测试方案。论文采用0.13-μm标准CMOS工艺,设计了一款适用于中频接收机的四阶开关电容型带通∑Δ调制器。该调制器的采样频率为100MHz,在25MHz附近200kHz信号带宽内测得的SNDR和DR分别为68dB和75dB。调制器工作在1.2V电源电压下,总功耗为8.2mW。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容
• 1.3 论文结构
• 第二章 模数转换器概述
• 2.1 模数转换原理
• 2.1.1 采样
• 2.1.2 量化和编码
• 2.2 Nyquist型模数转换器
• 2.2.1 快闪型模数转换器
• 2.2.2 两步式模数转换器
• 2.2.3 逐次逼近型模数转换器
• 2.2.4 流水线型模数转换器
• 2.2.5 Nyquist型模数转换器的局限性
• 2.3 过采样型模数转换器
• 2.3.1 过采样技术
• 2.3.2 噪声整形技术
• 2.3.3 降采样滤波技术
• 2.3.4 性能指标
• 2.4 本章小结
• 第三章 ∑Δ调制器
• 3.1 ∑Δ调制器工作原理
• 3.1.1 低通∑Δ调制
• 3.1.2 带通∑Δ调制
• 3.1.2.1 中心频率的选取
• s/4的转换'>3.1.2.2 从直流到f_s/4的转换
• 3.2 带通∑Δ调制器实现技术
• 3.2.1 离散时间和连续时间∑Δ调制器
• 3.2.2 单环和级联∑Δ调制器
• 3.2.3 —位和多位量化∑Δ调制器
• 3.2.4 带通∑Δ调制器设计要点
• 3.3 本章小结
• 第四章 带通ΣΔ调制器系统级设计
• 4.1 系统架构
• 4.1.1 谐振器的实现方式
• 4.1.2 结构和参数选取
• 4.1.3 稳定性分析
• 4.2 非理想因素
• 4.2.1 开关的非理想特性
• 4.2.2 运放的非理想特性
• 4.2.3 双通道间的电容失配
• 4.2.4 量化器的非理想特性
• 4.2.5 时钟抖动
• 4.3 本章小结
• 第五章 带通∑Δ调制器电路设计
• 5.1 调制器电路
• 5.2 谐振器的设计
• 5.2.1 采样电容
• 5.2.2 运放设计
• 5.2.2.1 运放结构选取
• 5.2.2.2 偏置电路
• 5.2.2.3 共模反馈电路
• 5.3 量化器和延时反馈电路的设计
• 5.4 时钟发生电路的设计
• 5.5 基准电压和电流的设计
• 5.6 电路仿真
• 5.7 本章小结
• 第六章 带通∑Δ调制器版图设计
• 6.1 版图设计方法
• 6.2 调制器版图
• 6.3 本章小结
• 第七章 带通∑Δ调制器芯片测试
• 7.1 芯片测试方法
• 7.2 PCB板设计
• 7.3 测试架构
• 7.4 测试结果及比较
• 7.5 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文列表