一种高性能四阶Sigma Delta调制器建模、仿真及电路实现

论文摘要

在过采样技术中,Sigma Delta调制器被广泛应用于高精度模数转换器中。Sigma Delta A/D转换器对模拟电路依赖性小、噪声整形、高精度且易实现,因而特别适合标准CMOS工艺实现并应用于A/D接口场所。该调制器在反馈环路中插入低位量化器,采用过采样技术--即采样频率远高于奈奎斯特频率,量化器输出低精度串行数据经数字滤波器处理得到高精度数据。本文提出并实现开关电容调整器非理想因素行为级建模,这些非理想因素包括运放性能参数（单位增益带宽,色化噪声,有限压摆率,饱和电压等）,时钟抖动,电容失配,非线性开关电阻等。本文重点实现运放非线性直流增益模型且仿真结果表明它会引入奇次谐波失真。详细分析几种常见四阶Sigma Delta调制器性能特点并分别具体实现其在Simulink下行为级模型。综合考虑设计要求和电路可行性,采用一种调制器结构实现该调制器Hspice行为级电路模型并仿真验证性能,然后实现调制器具体电路和版图设计,调制器电路采用UMC 0.35μm 3.3v电源电压双阱CMOS工艺。非理想因素建模及晶体管级电路仿真结果表明调制器性能达到设计指标,电路仿真结果再次验证非理想因素行为级建模快速准确性。本文最后就所选调制器电路设计过程给出详细设计过程并就版图布局给出一种可行设计方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 研究目标
• 1.3 本文的主要研究内容及组织结构
• 2 高阶Sigma Delta调制器
• 2.1 Sigma Delta ADC性能指标
• 2.2 高阶Sigma Delta ADC理想性能分析
• 2.3 高阶级联式Sigma Delta调制器
• 2.4 高阶单环路Sigma Delta调制器
• 3 Sigma Delta调制器非理想因素分析及建模
• 3.1 MOS开关
• 3.2 时钟抖动及量化器
• 3.3 运放噪声
• 3.4 泄漏积分器模型
• 3.5 电容失配
• 3.6 非理想因素建模仿真验证
• 4 四阶Sigma Delta调制器结构选择及建模实现
• 4.1 四阶Sigma Delta调制器设计指标
• 4.2 级联式2-2 四阶Sigma Delta调制器
• 4.3 级联式2-1-1 四阶Sigma Delta调制器
• 4.4 单环路前馈反馈四阶 Sigma Delta调制器
• 4.5 多位量化器四阶Sigma Delta调制器
• 4.6 四阶 Sigma Delta调制器性能比较
• 5 四阶级联式Sigma Delta调制器电路实现
• 5.1 开关电容积分器
• 5.2 积分器运放设计和仿真
• 5.3 非重叠时钟产生电路和高速比较器
• 5.4 调制器整体电路仿真
• 5.5 调制器版图布局
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文和申请专利