为了在电源管理芯片中完成高精度、低功耗的模数转换,提出了1种自给时钟的增量型sigma-delta模数转换器(ADC).该ADC由2阶sigma-delta调制器结构组成,使用基于过零检测的开关电容积分器代替了基于运算放大器的开关电容积分器,又通过2阶积分器电路的相互触发产生自给时钟,从而无需外部提供时序信号.该ADC使用0.5μm CMOS工艺,在运行500个周期时可以获得的信号噪声失真比(SNDR)为90.06 d B,有效精度为14.66位,转换时间小于330μs,在5 V供电下功耗为0.317 m W.在保持sigma-delta ADC较高精度的同时,通过采用基于零点检测的电路减少了所需的外围电路,从而节省了面积.
近年由于集成电路(Integrated circuits,ICs)和数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)技术快速发展,模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)作为数模系统与外界之间不可或缺的接口电路,得到了越来越多的关注,并且在无线通...
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近年由于集成电路(Integrated circuits,ICs)和数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)技术快速发展,模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)作为数模系统与外界之间不可或缺的接口电路,得到了越来越多的关注,并且在无线通讯等行业中逐渐成为人们研究的焦点。基于过采样技术和噪声整形技术的sigma-delta ADC具有较高的精度和信噪比,因而被广泛应用在集成电路的很多领域中。sigma-delta ADC由sigma-delta调制器和降采样数字滤波器组成,sigma-delta调制器决定了整个sigma-delta ADC系统的转换精度,降采样数字滤波器则决定了系统的功耗和面积。因此想要减小整个系统的尺寸和功耗,能够设计出一种低功耗、低面积、高集成度的降采样数字滤波器显得非常必要。主要研究成果和创新内容如下:***-delta ADC基本原理和结构的研究。首先简单介绍了基本ADC的原理和结构,然后重点阐述了sigma-delta ADC的工作原理、实现结构、性能指标以及关键技术。***-delta调制器的原理结构和性能仿真分析。首先采用matlab软件搭建四级单环1位CIFB(Cascade-of-Integrator-Feed-Back)结构的sigma-delta调制器,根据ADC系统的设计要求确定结构参数后,进行了系统仿真。该调制器的输出频率为81.92MHz,过采样率为128,信噪比为116.9dB,精度达到19.3bits,仿真结果表明其噪声整形效果良好。3.降采样数字滤波器基本原理与结构的设计研究。首先介绍了降采样数字滤波器的原理结构,然后根据原理分析设计一款降采样数字滤波器,该降采样数字滤波器采用多级级联结构,整个结构共分为三级:第一级为CIC抽取滤波器,用来实现主要的功能;第二级为CIC滤补偿波器,用来补偿CIC抽取滤波器的通带衰减,同时对信号实现2倍抽取,第三级为半带滤波器,用来调整滤波器的阻带衰减和过渡带宽度,同时也对信号实现2倍抽取。4.降采样数字滤波器的设计与仿真。针对ADC系统的技术要求和sigmadelta调制器的设计指标,确定降采样数字滤波器的输入频率81.92MHz,输出频率640kHz,抽取倍数为128。采用Matlab软件中的Simulink工具建立了降采样数字滤波器的模型,并进行了系统仿真。结果表明设计的降采样数字滤波器性能良好。5.降采样数字滤波器的硬件实现。采用Verilog HDL对降采样数字滤波器进行描述,在Modelsim中进行系统的功能仿真,结果表明经降采样数字滤波器后采样频率变为奈奎斯特频率。然后使用EDA工具Design Compiler对代码进行逻辑综合并进行静态时序分析,结果表明该降采样数字滤波器满足设计要求。最后采用Encoumter进行布局布线,生成了降采样数字滤波器的版图。
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