低压低功耗Sigma-Delta调制器综述

在低供电电压下,Sigma-Delta调制器因信号摆幅的限制很难达到较高的精度和线性度。工作在低压弱反型区的MOS管限制了电路的速度、增益和MOS开关的性能。总结了近年来低压、低功耗Sigma-Delta调制器的研究成果。在Sigma-Delta调制器的结构与电路设计方面,介绍了离散和连续时间调制器在低压下面临的问题及解决方案。     

一种0.13μm-200MHz高速连续时间Sigma-Delta调制器设计

本文在SMIC 130 nm CMOS工艺条件下设计一种高速连续时间Sigma-Delta调制器.该调制器采用了单环3阶一位量化正反馈结构,在采样时钟为128 MHz和过采样率为32的条件下,通过spectre和Matlab仿真验证.该调制器达到了2 MHz的信号带宽和75 dB的动态范围,在1.2V电源电压下其总功耗为20mW.     

高性能连续时间Sigma-Delta调制器系统级设计

介绍了高性能连续时间Sigma-Delta调制器的系统设计和行为级建模的方法,并通过在噪声整形滤波器中加入一对零点改善了调制器带内信噪比.仿真结果显示,该调制器适用于转换精度14位,转换速率7.8Msps的多bit连续时间Sigma-Delta A/D转换器.     

基于matlab的一种高精度级联Sigma-Delta调制器的结构设计

过采样技术给在VLSI领域的高精度数模转化器的实现提供帮助.该文提供了一个在时间上连续的2-2-2级联Sigma-Delta调制器结构设计.该级联调制器由3级二阶振荡环路滤波器,1-bit量化器和反馈部分的数模转化器组成.在MATLAB环境下,通过大量仿真验证最后得出:在采样率为50 MHz、5V工作电压、过采样比为32的条件下,利用CMOS 0.18μm 工艺,该调制器其SQNR为87 dB.     

一种低电压的Sigma-Delta ADC新结构

介绍了一种低电压Sigma-Delta ADC新结构,该结构采用了二阶单位增益ΣΔ调制器和一阶传统ΣΔ调制器相结合的方式,既可以从系统级降低对运放直流增益等非理想因素的要求,又可以减少加法器的个数、降低电路的复杂度。在此基础上,采用HJTC0.18μm1.8V/3.3V1P6M混合信号工艺,实现了一种1V工作电压的ΣΔ调制器,经测试动态范围可以达到69.5dB。     

连续时间型ΣΔ调制器的系统级设计和建模方法

采用冲激不变法把z域环路滤波器变换到s域,并对连续时间型ΣΔ调制器设计中的非理想因素进行系统级建模和仿真。基于低功耗设计考虑,调制器采用有源-无源混合型环路滤波器,并通过离散时间微分技术移除信号求和模块。设计实例实现了一个五阶3-bit连续时间型ΣΔ调制器,采用SMIC0.18μm1P6M标准CMOS工艺验证。芯片工作在1.8V电源电压和128MHz时钟频率,在1MHz的信号带宽内,调制器的动态范围为84dB,峰值SNR和SNDR分别为80dB和78dB,功耗为9mW。测试结果验证了设计技术和建模方法。     

一种用于便携式音频设备的410uW，70dB高性能模拟前端电路

本文提出一种工作在1V电源电压下,总功耗410uW的用于便携式音频设备的模拟前端电路。该模拟前端电路主要包括一个最大增益为30dB的可编程增益放大器和一个2阶3bit Sigma-Delta调制器。可编程增益放大器为单端输入,由片上共模偏置电路提供共模输入,具有良好的噪声性能。Sigma-Delta调制器采用数据加权平均技术降低了反馈环路中数模转换器的非线性。模拟前端电路采用SMIC 0.13μm 1P8M CMOS工艺实现,测试结果表明,在1V供电电压下,输出峰峰值幅度为200mV,信号带宽在100Hz至20KHz之间时,最大信噪比为70dB,整体功耗为410uW。     

一款使用低功耗多级运放实现的12位，20兆带宽，18毫瓦的连续时间型过采样调制器

本文在130纳米CMOS工艺下实现了一种具有20兆赫兹带宽,四阶连续时间型过采样调制器。调制器由有源积分环路滤波器、4位内部量化器和3个电流舵型反馈数模转换器构成。本文提出了一种三级运算放大器,它可以在获得高带内增益和高带宽的同时消耗较小的功耗。为了减小时钟抖动对连续时间型过采样调制器的影响,内部反馈数模转化器采用了不自归零的反馈波形。同时采用特殊的版图技术保证数模转换器的线性度,同时避免使用动态器件匹配技术引入的额外环路延时。芯片工作在1. 2 V 电源电压和480 M Hz 时钟频率, 在20 MHz 的信号带宽内, 调制器的动态范围为66 dB, 峰值SNR为64.6 dB, 功耗为18 mW。     

应用于数字音频的二阶Sigma-Delta调制器设计

设计了一个应用于数字音频处理芯片的Sigma-Delta调制器,为了提高模数转换器的解析度,采用稳定的二阶结构,通过提高过采样率来实现.采用HJTC0.18μmCMOS工艺,在1.8V电压下设计过采样率为256的二阶开关电容调制器,使用Hspice和MATLAB对电路进行了仿真分析,结果表明可以达到92.5dB的信噪比,有效位数约16位.     

一种基于斩波技术的热电堆读出电路设计

设计了一款基于斩波技术的热电堆读出电路。读出电路包括前端放大器和2阶1bit量化Sigma-Delta调制器,其中前端放大器采用闭环结构,保证了不同温度下的增益稳定性;此外,在前端放大器和2阶1bit Sigma-Delta调制器中同时引入斩波技术,降低低频噪声和失调电压的影响,实现了较高的检测精度。读出电路采用SMIC 0.18μm 1P6M CMOS工艺实现,测试表明,在电源电压3.3V、1Hz输入信号和3kHz时钟频率下,信噪失真比(SNDR)55.4dB,有效位数(ENOB)达到8.92bit,在-20～85°C温度范围内,可检测约0.2°C的温度变化。     

应用于TCXO的低功耗Sigma-Delta调制器的设计

采用CSMC 0.35μm混合工艺设计了一个用于温度补偿晶体振荡器(TCXO)的二阶低功耗Sigma-Delta调制器.为减小低频温度信号带宽内的1/ f噪声及失调对调制器精度的影响,采用斩波技术把1/ f噪声及失调调制到有用信号带宽之外.结合Cadence Spectre及Matlab仿真结果显示,该调制器在温度信号带宽范围内的信噪声比为93.6dB,精度达到15.26位.在3V电源电压下静态功耗小于80μW,满足了该TCXO系统对调制器的低功耗及14位精度的要求.     

应用于温度传感器的Sigma-Delta调制器的设计

本文设计了一个应用于温度传感器的Sigma-Delta调制器。该调制器采用二阶单环一位的结构,通过开关电容型全差分电路的使用,减小了偶次谐波、衬底以及电源噪声,达到了提高精度和降低功耗的目的。本设计采用Global foundries 0.18μm CMOS工艺,电源电压为1.8V,过采样率为256,采样时钟频率为5 kHz。仿真结果表明该调制器信噪比达92.3 dB,整个调制器的功耗仅为1 mW。     

一种低功耗高精度Sigma-Delta调制器

提出了一种改进的三阶单环Sigma-Delta调制器,噪声传递函数采用前馈方式实现极点,降低了积分器输出信号的幅度,从而降低功耗;采用局部反馈实现零点,从而优化了输出信噪比。采用0.35μm CMOS工艺设计了该调制器,过采样率128,信号带宽24kHz,分辨率16bit,在3.3V工作电压下,模拟电路部分功耗2.7mW,数字部分功耗0.5mW。电路用开关电容技术实现,在HSPICE中通过多工艺角验证。     

1.8V电源电压81dB动态范围的低过采样率ΣΔ调制器

采用222级联全差分结构和低电压、高线性度的电路设计实现了高动态范围、低过采样率的ΣΔ调制器.在1.8V工作电压,4MHz采样频率以及80kHz输入信号的条件下,该调制器能够达到81dB的动态范围,功耗仅为5mW.结果表明此结构及电路设计可以用于在低电压工作环境的高精度模数转换中.     

基于ARM Integrator的Sigma-Delta音频DAC的实现

介绍了ARM公司的一款FPGA验证开发平台ARMIntegrator,以及基于该平台设计的Sigma-Delta音频DAC的实现.在详细介绍Integrator的各个模块的基础之上,利用开发平台的FPGA上验证实现了一个1阶的6位的Sigma-Delta型的DAC,主要包括Sigma-Delta DAC的原理与主要电路,FPGA验证实现过程中的DAC数字滤波器以及调制器的设计以及验证流程,通过virsi m仿真时序波形,验证了所设计的DAC正确性和可实现性.     

应用于MEMS惯性器件的高精度Σ-△调制器

为了实现微电子机械系统(MEMS)惯性器件的高精度数字化输出,设计了一款单环5阶Σ-△调制器.利用Matlab在系统级完成了Σ-△调制器的结构设计,确定调制器为带有零点优化的级联积分器前馈(CIFF)结构,并在Simulink中完成了调制器非理想模型的建立.在电路设计时,调制器整体采用全差分的开关电容电路来实现.为了降低整体调制器的噪声,在第1级积分器中加入了斩波稳定模块,并采用了具有低回踢噪声的动态比较器作为一位量化器.本设计在0.18 μm BCD工艺下实现,工作电压为5V、采样频率为500 kHz、过采样率为128时,调制器的功耗约为4.25 mW,有效位数为19.06 bit.     

1.8V电源电压81dB动态范围的低过采样率ΣΔ调制器

采用2 2 2级联全差分结构和低电压、高线性度的电路设计实现了高动态范围、低过采样率的ΣΔ调制器.在1.8V工作电压,4 MHz采样频率以及80 k Hz输入信号的条件下,该调制器能够达到81d B的动态范围,功耗仅为5 m W.结果表明此结构及电路设计可以用于在低电压工作环境的高精度模数转换中     

1．8V电源电压81dB动态范围的低过采样率∑△调制器

采用222级联全差分结构和低电压、高线性度的电路设计实现了高动态范围、低过采样率的∑△调制器．在1．8V工作电压，4MHz采样频率以及80kHz输入信号的条件下，该调制器能够达到81dB的动态范围，功耗仅为5mW。结果表明此结构及电路设计可以用于在低电压工作环境的高精度模数转换中。     

调制与解调技术、调制解调器

Y2001-62724-21 0115074多速率-多比特∑△调制器=Multirate-multibit Sigma-Delta modulators[会,英]/Colodro,F.& Torralba,A.//2000 IEEE International Symposium on Circuitsand Systems,V01.2.一21～24(HC)本文提出实现∑△调制器的多速率特性,称为多速率多比特(MM)∑△调制器的特性与工作于一次积分器时钟速率的常用多比特∑△调制器一样,但是通过增加二次积分器的时钟速率代替正向路径的 ADC,文中给出理论和模拟结果。参10     

12位Sigma-Delta模数转换器的降采样滤波器设计

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Sigma-Delta模数转换器的要求。