检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：余晓帆电子科技大学

学位级别：硕士

本论文的内容是适用于sigma-delta模数转换器的数字抽取滤波器的研究、设计与ASIC实现。sigma-delta模数转换器凭借着其高分辨率,高性价比的特点,在现代数字通信系统和数字信号处理系统中作为模拟接口部件,得到了越来越广泛的应用。数... 详细信息

本论文的内容是适用于sigma-delta模数转换器的数字抽取滤波器的研究、设计与ASIC实现。 sigma-delta模数转换器凭借着其高分辨率,高性价比的特点,在现代数字通信系统和数字信号处理系统中作为模拟接口部件,得到了越来越广泛的应用。数字抽取滤波器是sigma-delta模数转换器中重要的组成部分。数字抽取滤波器将sigma-delta模数转换器中调制器电路输出的低分辨精度,高采样频率的数字调制信号转换成高分辨精度,奈奎斯特率采样的信号。sigma-delta模数转换器中,虽然调制器电路决定了模数转换器的设计精度和转换速率,但是,数字抽取滤波器在很大程度上决定了模数转换器的速率、面积和功耗。本论文设计和实现了256倍抽取的数字抽取滤波器,应用于2-1-1MASHΣΔ调制器电路。该数字抽取滤波器包括级联积分梳状滤波器和三级级联的半带滤波器。级联积分梳状滤波器采用五级级联的方式,实现32倍抽取滤波,并采用一种新的结构,能够减少级联积分梳状滤波器中需要抽取时钟信号的电路模块数量,使级联积分梳状滤波器的抽取操作可以在滤波后完成,以达到减少硬件开销的目的。每级半带滤波器实现2倍抽取滤波,在设计时采用等纹波逼近方式,在实现时采用了CSD编码作为滤波器的系数,可以大大减少半带滤波器在实现过程中的运算量和运算复杂度,并且可将半带滤波器实现过程中的乘法运算转换成移位加、减运算,从而达到减少硬件开销的目的。整个数字抽取滤波器采用了多级结构级联多采样频率的方式进行设计与实现。本论文中的数字抽取滤波器的设计与ASIC实现经过了MATLAB系统仿真,VHDL RTL代码编写,Synopsys VCS RTL代码仿真,Synopsys Design Compiler综合,Synopsys PrimeTime静态时序分析,以及Synopsys Astro自动布局布线。本论文的设计采用JAZZ 0.35μm CMOS工艺进行流片。自动布局布线后芯片版图的面积为2.1×2.1 mm 2,后仿真量化信噪比SNR为110.41(dB) ,有效转换位数ENOB为18.046位。

关键词： sigma-delta模数转换器数字抽取滤波器级联积分梳状半带 CSD

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sigma-delta模数转换器中数字抽取滤波器的设计与ASIC实现

Sigma-Delta模数转换器中数字抽取滤波器的设计与ASIC实现

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作者：余向东西安电子科技大学

学位级别：硕士

本课题针对适用于sigma-delta模数转换器中的数字抽取滤波器进行了设计与实现。伴随集成电路规模不断增大,而且数字信号处理具有精度高、功能强、易实现等方面的优越性优点,许多原本通过模拟电路所实现的功能现在都可以通过数字电路来... 详细信息

本课题针对适用于sigma-delta模数转换器中的数字抽取滤波器进行了设计与实现。伴随集成电路规模不断增大,而且数字信号处理具有精度高、功能强、易实现等方面的优越性优点,许多原本通过模拟电路所实现的功能现在都可以通过数字电路来进行实现。作为连接模拟世界与数字世界的桥梁,模数转换器被广泛的应用于数字通信系统中。而sigma-delta模数转换器由于其高转换精度,高性价比,在如今高精度信号处理领域倍受青睐。sigma-delta模数转换器主要由sigma-delta调制器与数字抽取滤波器两部分构成。sigma-delta调制器通过采用过采样技术与噪声整形技术,增加了调制器系统的信噪比,降低了信号带内的量化噪声功率。而数字抽取滤波器将经过sigma-delta调制器过采样的数字调制信号转换成奈奎斯特采样率的信号。调制器决定了sigma-delta模数转换器的精度,而数字抽取滤波器则决定了整个系统的速率、面积与功耗。本论文从叙述sigma-delta模数转换器的国内外发展情况入手,分析了研究sigma-delta模数转换器的重要性与必要性。进而介绍了sigma-delta模数转换器的原理与结构,由对sigma-delta调制器的研究引入了数字抽取滤波器。经过对滤波器设计原理的分析,选择了使用等波纹法对滤波器进行设计,通过对FIR滤波器与IIR滤波器的性能与结构的比较,选择了FIR滤波器作为设计数字抽取滤波器的结构。为了优化系统面积与功耗,确定了多级级联方式对数字抽取滤波器进行实现,并选取CIC滤波器作为第一级结构,半带滤波器作为后面三级结构。通过对CIC滤波器各种实现方式的对比与各级电路结构的分析,本论文设计了一种实现CIC滤波器的全新结构,以减少电路模块,节约硬件成本。在半带滤波器的实现过程中,使用CSD编码对系数进行优化并应用其系数独特的特性,搭建了一种简便的结构,减少系统运算单元与存储单元的同时仍能满足设计要求。本论文对数字抽取滤波器的设计与实现过程通过了Matlab上进行系统级建模与仿真,得出满足设计要求的各级滤波器幅频响应曲线,进而获得各个滤波器的电路结构。在此基础上,使用Verilog HDL语言对数字抽取滤波器进行RTL级设计,并使用工具Modelsim对其进行功能仿真。随后使用Synopsys Design Compiler添加约束,获得网表文件后导入SOC Encounter进行布局布线。数字后端设计采用TSMC 0.18?m CMOS工艺实现,最终得到的芯片面积为1.2?1.2mm2,信噪失真比为88.2dB,有效位数为14位。

关键词： sigma-delta模数转换器数字抽取滤波器 CIC滤波器半带滤波器

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sigma-delta模数转换器的三级数字抽取滤波器设计

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电子与封装 2021年第9期21卷 51-56页

作者：胥珂铭高博龚敏四川大学物理学院成都610065

提出了一种高精度、低资源消耗的sigma-delta模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)的数字抽取滤波器结构。该滤波器分为三级,整体降采样率为32,由锐化积分梳状级联滤波器(Sharpen Cascaded Integrator-Comb Filter,SCIC Filter)、有限长单位冲激响应滤波器(Finite Impulse Response Filter,FIR Filter)、半带滤波器(Half Band Filter,HB Filter)组成。该滤波器还使用了乘法器复用的结构,可以减少乘法器数量,设计中只使用了4个乘法器,节约了大量现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)板资源。滤波器使用MATLAB设计参数,Verilog HDL编写代码,使用Quartus软件进行板级综合设计,最终该设计比普通设计节省了26.3%的逻辑单元和15.6%的寄存器资源。使用MATLAB设计的五阶反馈调制器模型输出250 kHz信号,调制器理想信噪比(Signal-Noise Ratio,SNR)为149 dB,最终滤波器输出SNR达到134 dB。

关键词： sigma-delta模数转换器数字抽取滤波器高精度低资源消耗

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一种行为级的仿真方法及sigma-delta模数转换器的最优化设计(英文)

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北京大学学报（自然科学版） 2009年第2期45卷 209-214页

作者：张信于敦山盛世敏谭志超北京大学微电子研究所北京100871

提出了一种行为级仿真方法,可以用于sigma-delta模数转换器系统级和行为级设计。与传统的行为级设计方法相比,该方法拥有更高的速度,更加易于使用,并且对于行为级设计来说有更高的效率。采用这种仿真方法,能详细分析模拟电路单元的非理... 详细信息

提出了一种行为级仿真方法,可以用于sigma-delta模数转换器系统级和行为级设计。与传统的行为级设计方法相比,该方法拥有更高的速度,更加易于使用,并且对于行为级设计来说有更高的效率。采用这种仿真方法,能详细分析模拟电路单元的非理想特性如积分器、比较器、运算放大器等,有助于实现高性能设计。为了验证该设计方法的有效性,设计了一个二阶sigma-delta模数转换器,并采用0.13μm混合信号CMOS工艺进行了流片。测试结果显示,调制器可以实现77.2dB的最高信噪比,相当于12.5位量化精度,而功耗仅为5.9mW(包括抽取滤波器为6.2mW)。

关键词：行为级仿真电路非理想特性 sigma-delta模数转换器

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高性能sigma-delta模数转换器的研究与设计

高性能Sigma-delta模数转换器的研究与设计

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作者：鲁少卿电子科技大学

学位级别：硕士

模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）承担着将现实生活的模拟信号,比如声音,振动信号等转换为数字信号的重任。sigma-delta模数转换器是ADC的重要分支,sigma-delta ADC采用过采样和噪声整形技术,对带内噪声抑制能力更强,因... 详细信息

模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）承担着将现实生活的模拟信号,比如声音,振动信号等转换为数字信号的重任。sigma-delta模数转换器是ADC的重要分支,sigma-delta ADC采用过采样和噪声整形技术,对带内噪声抑制能力更强,因此其转换有效精度很高,被广泛应用于高精度传感器,医疗生物信号采集,精密仪器仪表测量等领域。提升精度,降低功耗是sigma-delta ADC的两大研究方向。基于以上背景,本文设计一款带宽为5kHz的高性能离散时间sigma-delta ADC,以期望达到110dB以上的信噪失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio,SNDR）同时尽可能地降低功耗,以达到170dB以上的Schreier优值（Figure of Merit,FoMs）主要研究内容如下: （1）sigma-delta ADC的核心为调制器,对于离散型sigma-delta调制器,调制器的性能能否达标与开关电容积分器中运放的性能息息相关。本文提出一种具有新颖共模反馈的两级运算放大器,共模反馈结合了开关电容反馈电路,并在反馈环路上引入了源极跟随器。与传统的折叠型共源共栅运放相比,在总偏置电流相近的情况下,环路增益由73.31dB提升至94.45dB,运放增益从56.46dB提升至87.16dB,单位增益带宽由22.55MHz提升至27.69MHz,共模抑制比由78.06dB提升至148.71dB,完全满足系统对运算放大器的指标要求。（2）本文调制器为4位量化结构,反馈数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC）中电容基本单元在实际电路中存在失配,引入了非线性,极大地制约了调制器的有效位数。针对该问题,本设计利用数据加权平均（Data Weighted Averaging,DWA）技术,对误差有一阶噪声整形的效果,改善了线性度。对反馈DAC的各电容基本单元加入0.5%随机失配,未开启DWA校正模块的调制器有效位数仅为9.52位,信噪失真比为59.09dB,而应用DWA技术后,有效位数达到了19.51位,信噪失真比为119.21dB,提升了9.99位。此外,斩波调制器技术被应用到了第一级积分器,带宽内噪声从0.114Vrms被削弱至11.3μVrms,极大地抑制了带宽内噪声。（3）基于以上创新点和改善噪声、非线性技术的应用,本文首先从系统的行为级模型层面,考虑了各种非理想因素,设计出一款三阶四比特量化全前馈结构的单环sigma-delta调制器。数字抽取滤波器部分则由级联积分梳状滤波器,补偿滤波器,半带滤波器级联而成,级联积分梳状滤波器为非递归型结构,实现32倍的降采样。级联积分梳状滤波器造成的通带衰减由后级级联的补偿滤波器补偿矫正,有效地减小了通带纹波,半带滤波器的设计则基于MATLAB中FDATool工具。然后以行为级模型为基础,从晶体管级电路层面,基于180nm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工艺,输入幅度为-3dBFS,频率为859.38Hz的正弦信号,同时考虑电路的热噪声、闪烁噪声、量化噪声等的情况下,最终仿真结果显示系统的信噪失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio,SNDR）为112.58dB,无杂散动态范围（Spurious Free Dynamic Range,SFDR）为123.06dBc,有效位数（Effective Number of Bits,ENOB）为18.41位,整体功耗为3.59mW,FoMs达到了174.02dB。

关键词： sigma-delta模数转换器高精度多位量化数据加权平均斩波调制

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一款高速、低功耗的sigma-delta模数转换器

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电子与封装 2020年第2期20卷 56-60页

作者：陈昱翀高博林志滨龚敏微电子技术四川省重点实验室四川大学物理学院微电子系

提出了一种高速、低功耗、高分辨率的新型sigma-delta模数转换器(ADC)结构。该结构选择过采样率(OSR)为32的4阶调制器设计以缓解输出速率和通带宽度的压力,采用级联和双量化的方法进行优化,并利用SIMSIDES工具(基于Simulink的sigma-Delt... 详细信息

提出了一种高速、低功耗、高分辨率的新型sigma-delta模数转换器(ADC)结构。该结构选择过采样率(OSR)为32的4阶调制器设计以缓解输出速率和通带宽度的压力,采用级联和双量化的方法进行优化,并利用SIMSIDES工具(基于Simulink的sigma-delta仿真器)进行仿真。数字抽取滤波器部分由级联积分梳状(CIC)滤波器、有限长单位冲激响应(FIR)滤波器和半带(HB)滤波器组成,并且三级滤波器都采用了多相分解结构,以降低动态功耗。使用0.18μm的标准CMOS工艺实现数字抽取滤波器版图。仿真结果表明,在250 kHz带宽下,有效位宽(ENOB)为19 bit。

关键词： sigma-delta模数转换器数字抽取滤波器多相分解过采样率

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12位sigma-delta模数转换器的降采样滤波器设计

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电子与封装 2014年第10期14卷 25-29页

作者：黄博志福州瑞芯微电子有限公司福州350003

一种由SNR(信噪比)驱动的滤波器设计,用于12位sigma-delta模数转换器。sigma-delta模数转换器包括sigma-delta调制器和降采样滤波器两部分,首先用sigma-delta调制器对信号进行过采样率量化,然后通过降采样滤波器进行数字信号处理,将信... 详细信息

一种由SNR(信噪比)驱动的滤波器设计,用于12位sigma-delta模数转换器。sigma-delta模数转换器包括sigma-delta调制器和降采样滤波器两部分,首先用sigma-delta调制器对信号进行过采样率量化,然后通过降采样滤波器进行数字信号处理,将信号还原到原始采样率并去除量化噪声。和传统的模数转换器相比,sigma-delta模数转换器具有采样率高、精度高、面积小等优点。sigma-delta模数转换器的滤波器设计有降采样率和滤波性能两个指标要求,该设计方法由SNR驱动并采用了两种滤波器方案,设计结果在MATLAB里进行了仿真,其SNR大于74 dB,达到12位sigmadelta模数转换器的要求。

关键词：信噪比 sigma-delta模数转换器降采样滤波器

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sigma-deltasa模数转换器的设计研究

Sigma-Deltasa模数转换器的设计研究

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作者：毕卓中国科学院半导体研究所

学位级别：硕士

sigma-delta转换器是高精度系统集成芯片中的关键部件. 该论文在阅读了大量参考文献的基础上,对难度较大sigma-delta模数转换器的设计工作进行了系统的研究. 论文工作包括三大块:1.在sigma-delta模数转换器的研究调研的基础上, 进行了... 详细信息

sigma-delta转换器是高精度系统集成芯片中的关键部件. 该论文在阅读了大量参考文献的基础上,对难度较大sigma-delta模数转换器的设计工作进行了系统的研究. 论文工作包括三大块:1.在sigma-delta模数转换器的研究调研的基础上, 进行了转换器的结构选择、参数优化、电路设计、功能仿真、数据处理等工作;2、为了进一步提高转换器的速度,该论文开创性地将双采样方法应用于三阶级联调制器中, 理论计算了双采样中电容失配对系统信噪比的影响,并提出了压缩电容失配所产生的噪声的方法,给出了具体的电路设计;3、该文还分析了sigma-delta模数转换器仿真或测试结果的数据处理方法:\"最小正弦误差法\",并编写了MATLAB数据处理程序.

关键词： sigma-delta模数转换器双采样方法系统信噪比仿真测试数据处理

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24 GHz双模汽车雷达模数转换器和模拟基带研究与设计

24 GHz双模汽车雷达模数转换器和模拟基带研究与设计

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作者：李晨阳华东师范大学

学位级别：硕士

汽车的广泛普及导致交通事故频发,为了改善驾驶体验,提高汽车驾驶安全性,高级驾驶辅助系统(ADAS)应运而生。ADAS的正常运作依赖于车载雷达对周围环境信息的获取,而毫米波雷达以其灵敏度高、动态范围大、环境适应能力强等优势,成为车载... 详细信息

汽车的广泛普及导致交通事故频发,为了改善驾驶体验,提高汽车驾驶安全性,高级驾驶辅助系统(ADAS)应运而生。ADAS的正常运作依赖于车载雷达对周围环境信息的获取,而毫米波雷达以其灵敏度高、动态范围大、环境适应能力强等优势,成为车载雷达的优选实现方案。本文基于全集成24 GHz调频连续波(FMCW)和点频多普勒(Doppler)双模毫米波汽车雷达系统,采用55 nm CMOS工艺,设计了一款高精度、低功耗的sigma-delta模数转换器(ADC)和一款高动态范围、高线性度的模拟基带(ABB),主要研究内容如下:(一)调研了近几年发表的毫米波汽车雷达芯片,分析了FMCW雷达和Doppler雷达的基本工作原理,针对本文24 GHz FMCW/Doppler双模汽车雷达系统的测速、测距需求,结合毫米波空间传播损耗、射频前端链路预算等条件,计算给出了两种模式下ADC和ABB对应的设计指标。(二)设计了一款高精度、低功耗连续时间sigma-delta ADC。借助Matlab sigma-delta Toolbox工具进行计算分析,并使用Matlab Simulink仿真工具进行系统建模仿真和系数调整,结合功耗、精度等指标展开设计。sigma-delta调制器采用四阶前馈结构,可以降低对二、三、四级积分器中运放的性能需求,从而节省功耗。通过局部反馈,在环路中构成谐振器,改变噪声传递函数零点位置,进行零点优化,提升带内噪声抑制效果。求和电路采用无源结构,能够进一步减小功耗。调制器采用1 bit量化,1 bit量化器对应1 bit反馈数模转换器(DAC),可以避免多bit DAC引发的非线性问题。1 bit量化器通过比较器实现,比较器采用动态锁存结构,具有比较速度快、功耗低等优势。sigma-delta ADC核心部分版图面积(IQ两路)为340μm×252μm,后仿结果显示,在TT工艺角、40℃仿真条件下,采样频率为25 MHz,信号频率为158.6914 k Hz时,sigma-delta ADC的信噪失真比(SNDR)为74.1 d B,有效位数(ENOB)达到12 bit,整体功耗为0.982 m W。在-40℃、40℃和120℃三个温度下对各个工艺角进行仿真验证,仿真结果表明,各组仿真条件下,ADC均能实现66 d B以上的动态范围,功耗均小于1 m W。(三)设计了一款适用于FMCW/Doppler双模雷达系统的高动态范围、高线性度的ABB。其中,低通滤波器由两个改进型Tow-Thomas二阶节级联构成,可以对增益和带宽进行独立调节。基于7 bit可编程电流型数模转换器(IDAC),实现了一种采用逐次逼近逻辑的数模混合直流消除电路,可在Doppler模式极低中频信号条件下消除混频器输出端和基带自身的直流失调而不必引入片外电容。通过在IDAC和二阶节的运放中混合使用BJT管来减小闪烁噪声的影响,使得ABB具有良好的低频噪声性能。ABB核心版图面积(IQ两路)为987μm×602μm,后仿真结果显示,在TT工艺角、40℃仿真条件下,ABB两种模式的增益范围均为4～62 d B,最大线性输入幅度(IP1d B)为10 d Bm,FMCW模式下,噪声系数优于27 d B,Doppler模式下,噪声系数优于42 d B。蒙特卡洛仿真结果显示,当输入存在400 m V直流失调(FMCW模式)和200 m V(Doppler模式)时,ABB输出直流失调仅为21.3 m V和16.4 m V。在-40℃、40℃和120℃三个温度下对各个工艺角进行仿真验证,仿真结果表明,各组条件下,ABB均能覆盖6～58 d B的目标增益范围,FMCW模式ABB的噪声系数均优于44 d B,Doppler模式ABB的噪声系数均优于58 d B,符合雷达系统对ABB的设计需求。对ABB和ADC进行级联仿真验证。在TT工艺角、40℃仿真条件下,ABB输入信号频率为158.6914 k Hz,ADC采样频率为25 MHz时,ADC最终输出频谱显示SNDR为70.8 d B,ENOB为11.5 bit。此外,还进行了相关测试准备工作,主要包括ADC和ABB测试方案的制定、相关测试仪器的准备以及测试PCB的绘制等。

关键词：毫米波汽车雷达 FMCW/Doppler双模式 sigma-delta模数转换器模拟基带逐次逼近型直流失调消除电路

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过采样sigma-delta模数、数模转换器结构与设计研究

过采样Sigma-Delta模数、数模转换器结构与设计研究

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作者：杨刚上海交通大学

学位级别：硕士

该论文首先论述了sigma-delta调制器的基本原理,并讨论了级联调制器结构的运行.论文建立了一套sigma-delta调制器模拟仿真工具程序,对各种调制器结构和数字重建滤波器的工作可进行详细的数据分析.针对目前对高频低功能耗芯片设计的需求... 详细信息

该论文首先论述了sigma-delta调制器的基本原理,并讨论了级联调制器结构的运行.论文建立了一套sigma-delta调制器模拟仿真工具程序,对各种调制器结构和数字重建滤波器的工作可进行详细的数据分析.针对目前对高频低功能耗芯片设计的需求趋势,论文针对GSM手机信号接受器的设计要求,研究了高频低功耗sigma-delta调制芯片的实现技术.调制器的多位量化可有效的避免系统过载,提高系统的信噪比.同时这种方案也对调制器内部DAC的线性度提出了很高的要求.该文在分析了现有的实现技术后,提出了一种新的实现方案.新方案综合了动态元件匹配算法和模拟校准电路的优点,可低成本的获得极高的线性度.论文最后提出了数字滤波重建电路的解决方案.这套方案也是以高频、低功耗为设计要求的.

关键词：级联调制器结构动态元件匹配算法多级抽取滤波器梳状滤波器半带滤波器 sigma-delta模数转换器

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