连续时间Sigma-Delta调制器设计

论文摘要

在现代电子系统中,模数转换器（ADC）作为模拟领域和数字领域的桥梁,是一个关键的必不可少的部分。在模数转换领域中,Sigma-Delta ADC是一种新型模数转换器,它采用过采样和噪声整形技术,具有转换精度高、对模拟电路要求低、适合低电压工作、方便与数字信号处理电路单片集成等众多优点,得到了日趋广泛的研究和应用。连续时间Sigma-Delta ADC在传统离散结构基础上,采用连续时间积分器及多位量化反馈技术,已能够代替传统的流水线结构,应用于高速、高精度领域,同时由于其电路实现的特殊性,使得在同等性能指标下,可以获得极低的功耗。论文设计了一个连续时间Sigma-Delta调制器,应用于高精度图像的医疗电子图像处理系统中。论文重点研究了连续时间Sigma-Delta调制器的设计方法及电路实现。论文首先介绍了Sigma-Delta ADC的工作原理及其典型应用;在系统指标要求下,通过MATLAB的simulink工具对调制器进行了系统建模和系数缩放,并对运放和时钟的非理想因素进行了系统建模,确定电路设计指标,指导电路设计的实现;最后,完成了5MHz信号带宽、14位精度的连续时间调制器的设计。本设计采用连续时间Sigma-Delta结构,采样速率可以达到320MSPS,信号处理带宽达到5MHz, ADC精度达到14位,可以应用于高精度CMOS图像传感器的芯片级处理中,如医疗中的图像拍摄。相对同等指标下的流水线结构,其功耗低了一半以上,只有19.8mW。论文在运算放大器中设计了一种新颖的共模反馈结构,使得在高频、高增益环境下,全差分运算放大器有将近90°的共模相位裕度,保证系统工作的稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 模数转换器的分类
• 1.3 Sigma-Delta ADC的发展、现状及前景
• 1.4 连续时间Sigma-Delta ADC与流水线 ADC
• 1.5 设计考虑
• 1.5.1 转换速率
• 1.5.2 精度
• 1.5.3 功耗
• 1.5.4 稳定性
• 1.6 本论文的选题意义、内容安排及主要创新点
• 1.7 本章小结
• 第二章 Sigma-Delta ADC工作原理
• 2.1 量化噪声理论
• 2.2 过采样
• 2.3 噪声整形
• 2.4 多位量化
• 2.5 DAC反馈技术
• 2.5.1 反馈种类
• 2.5.2 离散结构的反馈技术及噪声机制
• 2.5.3 连续结构的反馈技术及噪声机制
• 2.6 数字滤波
• 2.7 本章小结
• 第三章 连续时间Sigma-Delta 调制器系统建模
• 3.1 结构选择
• 3.2 离散到连续
• 3.3 simulink建模与仿真
• 3.3.1 系统稳定性
• 3.3.2 系数缩放
• 3.3.3 运放有限增益和带宽对调制器性能的影响
• 3.3.4 系统反馈延时对稳定性和信噪比的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 连续时间Sigma-Delta 调制器电路设计
• 4.1 系统指标确定
• 4.2 电路设计
• 4.2.1 积分器
• 4.2.2 加法器
• 4.2.3 量化器
• 4.2.4 DAC反馈
• 4.3 电路仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢