【摘 要】
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当今,信号处理的任务大多是由数字的方法来实现,随着数字集成电路的速度和密度每一年的飞快增长,连接模拟和数字世界的模数转换器(ADC)的发展也必须跟上数字信号处理核心向前
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当今,信号处理的任务大多是由数字的方法来实现,随着数字集成电路的速度和密度每一年的飞快增长,连接模拟和数字世界的模数转换器(ADC)的发展也必须跟上数字信号处理核心向前的脚步。Sigma-Delta(∑△)型ADC利用过采样和噪声整形的技术,将模拟电路与数字滤波相结合,使得系统对模拟电路的规模、匹配性和线性度要求都大为降低。是目前实现高性能模数转换的常用结构。其在传感仪器、消费电子、通信以及人工神经网络等领域有着广泛的应用。
本文采用SMIC 0.18 μm CMOS一层多晶硅6层金属的混合信号工艺,设计了一个高速二阶离散开关电容∑△调制器,设计目标是在保证调制器精度在10bits以上的同时,能处理0.5MHz带宽以内的信号,达到1MSamples/s的等效转换速率。设计中克服了实际工艺对电路性能(如运放的带宽、比较器的速度等)的限制,从而提高调制器速度和精度。论文首先对∑△调制器的原理进行分析,对结构进行设计；然后着重分析了实际情况下各个电路的非理想因素对调制器性能的影响,在其基础上结合行为级仿真确定了调制器的拓扑结构、级间参数以及各个电路模块的性能指标；接着设计了系统的关键电路,包括全差分开关电容积分器、运算放大器、多相时钟、电压比较器,并完成前仿和后仿。仿真结果表明在64MHz采样时钟条件下,调制器能处理的有效带宽为0.5MHz,等效转换速率1MSamples/s,有效位数为10.34bits。整个调制器芯片面积为0.8mm2,总功耗12.2mW。
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