高性能二阶Sigma-Delta ADC设计

123456aa · 发表于 2022-4-4 12:54:18

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基于Sigma-Delta调制器的模数转换器(Sigma-Delta ADC)，由于对量化噪声有很强的抑制能力并且其模块对电路精确度要求不是很高，所以被广泛地用于仪器仪表、测量、消费电子等高分辨率应用领域。本文主要研究了限制Sigma-Delta 调制器性能非理想的因素，提出了克服放大器失调电压与积分器电容失配的措施，并进行了电路和版图设计。在介绍Sigma-Delta ADC工作原理的基础上，本文对调制器的非理想特性进行了分析，提出一种新型二阶斩波稳定Sigma-Delta调制器，即不仅第一个积分器中的放大器使用了斩波稳定技术以消除其噪声，而且对第一级积分器的输入端也使用了斩波稳定技术以降低由于电容失配造成的低频噪声。为了防止调制器由于输入的信号过大而导致的饱和，本文设计了一个可编程增益的调制器，通过检测输出的位流来判断调制器如果处在饱和状态，那么把积分器增益降到原来的1/2，并重置调制器，使其能够正常的工作，并在数字滤波器部分对调制器减半的增益进行补偿。在Matlab中设计了数字抽取滤波器。该滤波器对调制器的输出进行低通滤波和降采样率。本文设计的数字抽取滤波器由三部分组成，分别为梳状（CIC）滤波器，半带低通滤波器和CIC补偿滤波器。采用了XFAB 的XH0.35 μm，CMOS 工艺对调制器进行了电路设计以及版图设计。通过仿真结果表明，本文提出的调制器对于放大器的低频噪声和采样电容的失配有很好的抑制能力。

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