Sigma-Delta调制器的设计与仿真

提出一种基于线性系统分析和仿真拟合的5阶数字Sigma-Delta调制器的设计方法.Simulink仿真结果表明:与过采样率为64的4阶调制器比较,所设计的5阶Sigma-Delta调制器在过采样率降低到只有32的情况下,输出信噪比可以达到104dB,比前者改善了6dB.因此,在相同过采样率下,该5阶调制器可以得到更宽的信号带宽.     

一种新型的级联Sigma-Delta调制器的建模设计

文章提出了一种新型的级联Sigma-Delta调制器。传统的级联Sigma-Delta调制器需要数字逻辑部分来抵消第1级的量化噪声,数字部分与模拟电路之间的不完全匹配将造成误差泄露。为此,有学者提出了Sturdy-MASH(SMASH)Sigma-Delta调制器以及DNC-SMASH Sigma-Delta调制器来解决误差泄露问题。该文基于上述方法对二阶Sigma-Delta调制器进行了改进,提出了一种新型的两级级联结构,使二阶调制器和额外的一位量化器级联,以此提高调制器的噪声整形。文中分析了非理想因素包括积分器中运放的有限直流增益对信噪比的影响。采用Matlab Simulink对该调制器进行建模仿真,结果表明,在过采样率为256、输入信号带宽为20 kHz时,调制器的信噪比达到114.4 dB,精度高达18.16位。     

MASH21 Sigma-Delta调制器的自顶向下设计

提出MASH21调制器的自顶向下设计方法。在系统级, 通过系数缩放对积分器的输出进行限制; 在电路级, 通过积分器的瞬态建模分析运放非理想因素对调制器的影响, 并得到SNR和面积功耗最优的设计区域。通过一个数字音频MASH21调制器的设计对此方法进行了验证。该调制器基于TSMC18MMRF工艺实现, 在1.8 V的单电压下工作, 测试显示调制器的SNDR达到91 dB。     

不确定Sigma-Delta调制器的鲁棒滤波

研究级联Sigma-Delta调制器在非理想性电路中的鲁棒校正滤波器设计问题.基于MARKOV区间算法和线性区间系统的等价描述,将扰动抑制问题转化为增广系统的鲁棒稳定问题.给出以线性矩阵不等式描述的鲁棒滤波器存在的充分条件,该条件保证所设计的校正滤波器能有效抑制电路不确定性对调制器性能的影响.仿真结果表明,与传统校正滤波器相比,该调制器获得了更好的信号噪声比.方案降低了电路实现过程中器件精确度的要求,从而达到低应用成本的目的.     

低电压低功耗音频Σ-Δ ADC调制器设计

针对应用于音频设备中的∑-ΔADC,提出一款改进的∑-ΔADC调制器.该调制器结构改进传统调制器的结构并对调制器系数进行优化,克服传统∑-ΔADC调制器结构的缺点,同时对调制器中的两个关键电路即OTA放大器和比较器也进行优化,极大改善了OTA放大器和比较器性能.改进后的调制器具有低电压、低功耗、高精度和较好的鲁棒性的特点.该调制器采用1.2 V低电压供电,过采样比(OSR)为128,采样频率为6.144 MHz,信号带宽为20 kHz.基于SMIC0.11μm的工艺下,完成了∑-ΔADC调制器的版图设计,并最终流片成功.芯片流片后的成测结果表明,调制器的信噪比达到102.4 dB,有效位达到16.7 bit,调制器的整体功耗仅1.17 mW左右,整个调制器的版图的面积仅为0.122 mm2左右.调制器的成测性能指标表明,该调制器是音频芯片中∑-ΔADC电路的良好选择.     

高精度音频多位sigma-delta调制器设计

设计一个内部采用4位量化器的二阶单环多位sigma-delta调制器。为解决反馈回路中多位DAC元件失配导致的信号谐波失真问题,该sigma-delta调制器采用CLA(Clocked averaging algorithm)技术提高多位DAC的线性度,同时采用动态频率补偿技术增加积分器的稳定性。调制器信号频率带宽为24kHz,过采样率(OSR)为128,采用尺寸为0.5μm的CMOS工艺,工作电压为5V。测试结果表明:在输入信号频率为20kHz时,信噪比(SNR)达103dB,调制器输出信号无杂波动态范围为102dB;整个调制器功耗为87mW,芯片总面积为2.56mm2。     

一种适用于低压低功耗Sigma-Delta数据转换器的运算放大器

通过比较两种常用的运算放大器结构,提出了一种适用于低压低功耗Sigma-Delta数据转换器的运算放大器结构,并在Chartered公司的0.35μm互补型金属氧化物半导体工艺下完成了该放大器的设计.仿真结果表明,放大器的直流增益为77 dB,单位增益带宽为36 MHz,相位裕度为48,°可满足低频高分辨率Sigma-Delta调制器的设计要求.     

一种低功耗高精度电流比较器的设计

针对传统电流比较器功耗高、精度低等问题,提出了一种基于Wilson电流源的CMOS电流比较器电路.它由Wilson电流源、差分放大器和输出增益级3部分组成.由于Wilson电流源具有较好的恒流特性以及较高的输出阻抗,所以该电流比较器具有较高的比较精度和低延迟的传播特性.采用TSMC 0.18 CMOS工艺HSPICE模型参数对该电流比较器的性能进行了模拟,该电路具有较高的比较精度,当参考输入电流为5 nA时,电路正常工作.当输入差分电流为1μA时延迟为2.2 ns,电路的功耗在TT(typical)工艺角下为95μW.结果表明,该CMOS电流比较器具有较大的速度/功耗比,性能受工艺偏差影响较小,适用于高速、低功耗电流模集成电路.     

一个0.9 V电源电压16位300 μW音频ΣΔ调制器

设计了一个应用于0.9 V电源电压,精度达16 bit,功耗仅为300μW的音频ΣΔ调制器.调制器采用了前馈单环三阶结构,以降低整个调制器的功耗;并采用时钟自举电路以实现低电压下CMOS开关的良好导通.芯片采用SMIC 0.18μm一层多晶六层金属工艺进行设计和仿真,芯片核心部分面积为0.7 mm×0.66 mm.后仿真结果显示该调制器在20 kHz的音频信号带宽范围内信噪比可达93 dB.     

一种超低功耗高精度的RC振荡器设计

为了满足电子系统对时钟源功耗和精度的要求,设计了一种超低功耗高精度的RC振荡器电路.电路利用恒流源对电容充电的方式实现振荡,输出的时钟频率为32 kHz.首先,电路通过电流复用的方式,降低了整体的功耗;其次,通过电路内部集成数字修调结构,提高了输出频率的精度;同时,电路设计有启动和防死锁的功能,保证了电路的安全性.电路采用和舰0.11μm的工艺进行流片,典型情况下电路的整体功耗仅为160 nA;在修调后由电压和温度变化引起的频率偏差分别在±0.56%和(-1.8%)-(+0.44%)以内;且电路可以在2-5.5 V的电压范围内正常工作.     

过采样∑Δ调制器结构参数设计自动化

采用基于最小偏差逼近多项式和递推法求解待定系数方程的方法 ,开发了一套内插式过采样 ∑ Δ调制器设计自动化软件 ,动态调整调制器的结构参数 ,使∑ Δ调制器的性能得到优化 .给出了一个具体的内插式∑ Δ调制器的设计实例 ;为了解设计的性能 ,给出了该∑ Δ调制器的谱特性 .实验结果证明 ,使用该自动化软件 ,可以进行采用过采样技术的数 -模转换器中内插式∑ Δ调制器的参数设计     

一种新型的∑△调制器行为级设计方法

介绍了一种新型的∑△调制器行为级设计方法.它分别设计∑△调制器噪声传输函数的零极点,并运用噪声功率增益作为稳定性参量来判断所设计的噪声传输函数的稳定性;同时,论文中还给出了物理实现调制器的内部积分器实现的方法,并推导出了通用∑△调制器状态变量缩放的解析公式.     

一种低压高精度基准电压源的设计

提出一种新型基准电压源,通过低阈值源跟随电路和新颖的启动电路实现输出的低压高精度.低阈值源跟随电路通过降低运放的输出阻抗减少系统增益,减少运放失调对输出电压精度的影响,同时低阈值耗尽型管的采用,降低了电源电压和基准电压间的压差,使得该结构可工作于低压系统中;启动电路通过实时监测基准输出电压,加速启动速度的同时消除输出电压过冲现象.该基准电压源已应用于一款线性稳压电源(Low dropout voltage regulator,LDO)中,并基于标准0.35μm CMOS工艺用Cadence的Spectre工具进行仿真验证.仿真结果表明:输出电压启动过程平缓无上冲,基准电压稳定输出为1.215 V@VCC≥1.5 V,静态电流为9 uA@6 V;在-40℃～100℃下,温度系数为26 ppm/℃,电源电压抑制比为85 dB@1 kHz;在电源电压为3 V～6 V下,线性调整率为4.57 ppm/V.     

用于射频接收机的三阶多级Σ-△调制小数分频频率合成器的实现

基于TSMC 0.18 μm工艺实现了一款适用于射频收发机的全集成小数分频频率合成器. 设计中采用了三阶MASH结构Σ-Δ调制器以消除小数杂散,为节省芯片面积使用了环形振荡器,同时在电路设计中充分考虑了各种非理想因素以提高频谱纯净度和降低芯片功耗. 仿真结果表明,该频率合成器可以在900 MHz～1.4 GHz的频率范围内产生间隔为25 kHz的输出信号. 在1.2 GHz输出时,偏离载波频率1 MHz处的相位噪声可以达到-106 dBc/Hz, 锁定时间小于10 μs.