电池检测用12位1M带宽Sigma Delta调制器设计

• 作 者: 张耀国
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 电池检测 Sigma Delta调制器 栅压自举开关 运算放大器 共模反馈 模数转换器

近年来，汽车电子发展迅速，而作为汽车电子中关键部分的电池管理系统，随着新能源技术的发展和人们节能意识的提高，也愈显重要。高性能高可靠的电池管理系统需要高可靠的温度，电压，电流等参数的检测，模数转换器则成为了其中的关键。　　
基于此背景，本论文研究和设计了具有很高鲁棒性的Sigma Delta调制器，根据性能和功耗，以及采用的工艺，综合考虑，采用MASH2-2结构。输入信号带宽1M，在调制器时钟频率为64M的情况下，能达到12bit的精度。　　
本论文首先从理想系统设计与建模开始，然后加入各种非理想因素后进行建模分析并得出电路中各个模块的性能参数和指标要求。总结出一套完整的系统设计理论，在系统设计过程中，每步均实现了数学理论与仿真数据的一致。　　
在该调制器的电路设计中，采用栅压自举开关技术大大减少了采样开关对系统性能的影响，采用增益自举技术，提高了第一级运放的直流增益，采用斩波稳定电路，大幅度减少了运放的失调和低频噪声。　　
电路采用0.35um CMOS的工艺进行设计，采样时钟频率为64M。电路仿真结果与系统估算一致，再输入信号频率1M的情况下，达到了76dB的信噪比。同时在大信号跳变过程中，稳定性能保持良好。工作过程中，各级积分器摆幅均满足要求。　　
在该项目的电路设计中，发明了一种新的采样技术减少采样噪声，解决了低采样噪声需要大的采样电容进而需要运放具备很强驱动能力的问题。同时发明了一种新型的针对二级运放共模反馈的电路，该电路通过使用内外两个共模反馈环，极大提高了运放共模反馈的速度和稳定度。