16位低压低功耗SIGMA-DELTA调制器的设计

论文摘要

CMOS工艺已步入到深亚微米阶段,使芯片的集成度得到了极大的提高,系统芯片集成（SOC）的功能得到实现。另一方面,数字技术的飞速发展,推动着SOC快速发展。但是,在深亚微米工艺里,真正要实现SOC,离不开低电压低功耗的模拟电路来支撑和保证。模数转化是SOC重要的一个部分,其中基于SIGMA-DELTA过采样转换技术的模数转化器在模拟和数字电路的接口部件中得到广泛应用。这种类型的模数转化技术对工艺要求不高,用标准的数字CMOS工艺就可以实现,同时在低电压供电和低功耗要求下,这种模数转化技术相对其它转换技术比较容易实现,使它便于作为一个IP集成在SOC系统之中。本文首先详细分析了单阶和高阶1—bit∑-△调制器工作原理,并给出了∑-△调制器的其它一些改进拓扑结构。然后围绕低电源电压问题,分析了目前所采用的几种低电压模拟设计技术,对它们的优缺点进行了总结。接着,本文采用目前先进的标准数字CMOS深亚微米工艺（SMIC90n）设计一个低电压低功耗三阶1—bit∑-△调制器,实现16位数模转化,它的电源电压为1V,而功耗仅420uW。设计中先用系统仿真软件得到实现三阶调制器的环路系数,然后着手各个具体电路的设计。有别于目前所采用的低压模拟设计方法,设计中采用电阻分流技术实现0.6参考基准源以得到1V电源电压调制器所需的参考电压。为了克服电源电压过低导致运放的输出摆幅过小的问题,设计中还采用clsaa-AB输出结构以增大摆幅,同时还采用一种增益增强技术来提高增益以解决深亚微米里MOS晶体管低漏端电阻造成低增益的问题。本设计在仔细分析调制器的各种非理想因素基础上,推导出实现调制器环路系数的合理电容值,以减少运放驱动电容所需功耗和达到设计目标所要求的信噪比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 A/D转换器分类
• 1.2 低电压低功耗电路设计
• 1.3 本论的目标和结构
• 参考文献
• 第二章 ∑-△A/D调制器
• 2.1 LPCM A/D转换器
• 2.2 ∑-△A/D转换器
• 2.2.1 过采样技术
• 2.2.2 ∑-△调制技术
• 2.2.3 ∑-△调制技术优化
• 参考文献
• 第三章 低压模拟设计技术
• 3.1 弱反型区/亚阈值区工作电路
• 3.2 多阈值电压技术
• 3.3 电压倍增技术
• 3.4 开关运放技术
• 参考文献
• 第四章 ∑-△A/D调制器系统设计
• 4.1 调制器系统结构设计
• 4.2 调制器非理想因素分析
• 4.2.1 调制器噪声分配
• 4.2.2 热噪声和闪烁噪声
• 4.2.3 运放噪声
• 4.2.4 开关电容积分器噪声
• 4.2.5 时钟抖动
• 4.2.6 调制器其它非理想因素
• 4.3 积分器采样电容和积分电容值的确定
• 参考文献
• 第五章 低压低功耗调制器电路设计
• 5.1 低压参考基准源
• 5.1.1 电阻分流低压带隙基准电路
• 5.1.2 低压带隙基准电路设计与仿真
• 5.2 低压低功耗运算放大器设计
• 5.3 低压低功耗比较器设计
• 5.4 调制器时钟电路设计
• 5.5 调制器反馈信号输入方式
• 5.6 调制器电路实现
• 参考文献
• 第六章 工作总结与后续工作计划
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续工作计划
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢