用于单片集成热真空传感器的Σ-Δ调制器设计北大核心

设计了一款适用于集成热真空传感器的二阶1位Σ-Δ调制器。该调制器采用前馈通道抑制积分器的输出摆幅、降低谐波失真、提高动态范围。为了降低运算放大器的1/f噪声,积分器中引入相关双采样电路。利用Matlab/Simulink,分析运算放大器的非理想性对调制器性能的影响。调制器由全差分开关电容电路实现。仿真结果表明:在4 MHz采样频率和6.8 kHz信号输入频率-3、dBFS幅值下,电路的最大信噪比为86.9 dB,分辨率可达14位。调制器的有效面积为0.67 mm2。3 V电源电压供电时,功耗为12 mW,各项性能指标均满足设计要求。     

应用于无线传感网络 SOC的低功耗∑△调制器

提出了一种应用于无线传感网络 SOC过采样率（OSR）为128的单环三阶单比特量化∑△调制器．通过采用新型前馈结构,降低了系统对运算放大器性能的要求;通过采用新颖的两级Class A/AB运算放大器实现积分器电路,有效降低了电路的功耗;为了进一步降低电路功耗,对调制器中的第二级、第三级运放进行了缩放．该调制器采用华虹0．18μm CMOS工艺,输入信号带宽为8 kHz ,工作电压1．8V ．后仿真结果表明：在输入信号频率为5 kHz、采样时钟为2．048 M Hz时,调制器的信噪比（SNR）达到96dB ,整个调制器的功耗仅为180μW ,芯片总面积为0．51 mm2．     

标准数字工艺下16位精度低压低功耗ΣΔ模数调制器设计

针对输入信号频率在20 Hz～24 kHz范围的音频应用,该文采用标准数字工艺设计了一个1.2 V电源电压16位精度的低压低功耗ΣΔ模数调制器。在6 MHz采样频率下,该调制器信噪比为102.2 dB,整个电路功耗为2.46 mW。该调制器采用一种伪两级交互控制的双输入运算放大器构成各级积分器,在低电源电压情况下实现高摆率高增益要求的同时不会产生更多功耗。另外,采用高线性度、全互补MOS耗尽电容作为采样、积分电容使得整个电路可以采用标准数字工艺实现,从而提高电路的工艺兼容性、降低电路成本。与近期报道的低压低功耗ΣΔ模数调制器相比,该设计具有更高的品质因子FOM。     

斩波稳定型开关电容积分器的设计

利用斩波稳定技术,设计了一种用在Σ-Δ调制器中的低噪声全差分开关电容积分器,电路中的运算放大器采用套筒式共源共栅结构.详细分析了开关电容积分器中存在的非理想特性,同时讨论了斩波稳定的原理,在此基础上对积分器中的运算放大器、开关和电容进行了具体设计.经Cadence环境下的Spectre仿真验证,在3.3 V电源电压下,运算放大器的单位增益带宽为110 MHz,开环直流电压增益达76 dB,积分器在14 kHz处的等效输入噪声电压为0.2 μV·Hz-1/ 2.     

一种用于带通Σ-Δ调制器的25MHz低功耗开关电容谐振器

介绍了一种运用于带通Σ-Δ调制器的谐振频率为25MHz的低功耗开关电容DD谐振器电路.电路采用了运算放大器共享技术和双采样技术,同时对单元电路进行优化,达到功耗最小化.该谐振器电路采用SMIC 0.25μm混合信号CMOS工艺进行设计,整个电路模块面积仅为0.09mm2.测试结果表明,使用该谐振器电路的带通Σ-Δ调制器工作于100MHz采样频率时,对于信号带宽为1kHz的输入信号,调制器的输出在谐振频率处SFDR约为77dB.整个谐振器功耗为10.5mW.     

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.     

一种具有改进积分器结构的高阶Σ-Δ调制器

设计了一个五阶单回路Σ-Δ调制器,最高输入信号频率22kHz。通过改进积分器的结构,显著减小了开关电荷注入效应引起的调制器的谐波失真。整个电路采用0.6μmCMOS工艺设计。仿真显示,当采样频率为6MHz时,调制器的SNDR达到123dB,SNR超过125dB,满足18位A/D转换器的精度要求。     

高线性度低功耗的4阶开关电容低通滤波器

介绍了一种应用于传感器的高线性度低功耗全差分4阶贝塞尔开关电容滤波器.该滤波器的运算放大器为输出AB类运算放大器,通过AB类运算放大器以及开关电容共模反馈的设计,降低了功耗.在运算放大器中设计了线性跨导环,并通过对电路的拓扑结构进行优化,提高了滤波器的线性度.测试结果表明,在采样频率为1 MHz下,该滤波器的截止频率为10.05 kHz.在输入信号频率为1 kHz,输出信号的总谐波失真(THD)为-89 dB(摆幅为2 V),功耗为5.54 mW,达到了高线性度、低功耗的设计要求.     

基于开关电容技术的∑△调制器的设计

基于0.18μm标准CMOS工艺,设计并实现了一个单环三阶开关电容∑△调制器.电路采用具有加权前馈求和网络的积分器级联型拓扑结构,采用优化的具有正反馈的单级A类OTA来降低功耗.在设计中,采用电流优化技术来降低运算跨导放大器(OTA)的功耗.∑△调制器的过采样率为128,时钟频率为6.144 MHz,信号带宽为24 k...     

一种用于MEMS麦克风的信号采集电路

设计了一款用于MEMS麦克风的模数转换接口电路。该电路包含一个前置放大器和一个四阶Delta-Sigma调制器。前置放大器包括一个pMOS输入的源级跟随器和一个仪表放大器。放大器设计中采用了斩波稳定技术消除低频闪烁噪声。Delta-Sigma调制器采用了带有前馈支路的四阶结构,其优点在于低积分器摆幅,可以降低积分器中放大器的非线性增益对电路性能的影响。该电路采用0.18μm CMOS工艺制作,电源电压为1.65μV。测试结果表明,电路可以达到80 dB的动态范围和73.4 dB的峰值信号对噪声加谐波比。电路的耗散电流为1 500μA,占用的芯片面积为0.48 mm2。     

基于开关电容技术的Σ-Δ调制器的设计

基于0.18μm标准CMOS工艺,设计并实现了一个单环三阶开关电容Σ-Δ调制器。电路采用具有加权前馈求和网络的积分器级联型拓扑结构,采用优化的具有正反馈的单级A类OTA来降低功耗。在设计中,采用电流优化技术来降低运算跨导放大器(OTA)的功耗。Σ-Δ调制器的过采样率为128,时钟频率为6.144 MHz,信号带宽为24 kHz,最大信噪比为100 dB,动态范围为103 dB。电路在1.8 V电源供电下功耗为2.87 mW。     

一种高性能、低功耗音频ΣA调制器

设计了一个应用于18位高端音频模数转换器(ADC)的三阶低功耗Σ△调制器.调制器采用2-1级联结构,通过优化调制器系数来提高其动态范围,并减小调制器输出频谱中的杂波.电路设计中采用栅源自举技术实现输入信号采样开关,有效提高了采样电路的线性度;提出一种高能效的A/AB类跨导放大器,在仅消耗0.8mA电流的情况下,达到100V/μs以上的压摆率.针对各级积分器不同的采样电容,逐级对跨导放大器进行进一步功耗优化.调制器在中芯国际0.18μm混合信号CMOS工艺中流片,芯片核心面积为1.1mm×1.0mm.测试结果表明在22.05kHz带宽内,信噪失真比和动态范围分别达到91dB和94dB.在3.3V电源电压下,调制器功耗为6.8mW,适合于高性能、低功耗音频模数转换器应用.     

一种高性能、低功耗音频ΣΔ调制器

设计了一个应用于18位高端音频模数转换器(ADC)的三阶低功耗ΣΔ调制器. 调制器采用2-1级联结构,通过优化调制器系数来提高其动态范围,并减小调制器输出频谱中的杂波. 电路设计中采用栅源自举技术实现输入信号采样开关,有效提高了采样电路的线性度;提出一种高能效的A/AB类跨导放大器,在仅消耗0.8mA电流的情况下,达到100V/μs以上的压摆率. 针对各级积分器不同的采样电容,逐级对跨导放大器进行进一步功耗优化. 调制器在中芯国际0.18μm混合信号CMOS工艺中流片,芯片核心面积为1.1mm×1.0mm. 测试结果表明在22.05kHz带宽内,信噪失真比和动态范围分别达到91dB和94dB. 在3.3V电源电压下,调制器功耗为6.8mW,适合于高性能、低功耗音频模数转换器应用.     

一个用于14位采样保持电路的全差分增益增强放大器的分析和设计

介绍了一种全差分增益增强CMOS运算放大器的设计和实现。该放大器用于14位20 MHz采样频率的流水线模/数转换器(A/D)的采样保持电路。为了实现大的输入共模范围,采用折叠式共源共栅放大器。主放大器采用开关电容共模反馈电路在获得大输出摆幅的同时降低了功耗。辅助放大器则采用简单的连续时间共模反馈电路。该放大器采用UMC Logic 0.25μm工艺,电源电压为2.5 V。Hspice仿真结果显示,在负载为15 pF的情况下,其增益为104 dB,单位增益带宽为166 MHz。     

应用于MEMS陀螺中的Σ-△高通级联型调制器设计

研究并设计了一种应用干MEMS陀螺的Σ-△高通级联型调制器.该调制器基干0.35 μm 3.3 V的现代CMOS工艺,选取了无条件稳定的1-1-1 MASH(Multi-stage noise Shaping,多级噪声整形)结构,采用了斩波稳零技术,消除运放1/f噪声和直流偏移.高通积分器的运用,优化了低频信号的传输抗干扰性.本设计中的调制器能够转换MEMS陀螺中带宽40 kHz,范围几十至几百毫伏的目标信号,电路采样时钟频率10.24 MHz,调制器动态范围超过100 dB,有效位数达到17位.     

用于MEMS传感器的三阶∑-△调制器设计

提出一种基于CIFB结构的新型三阶2-1级联∑-△调制器,设计了各级参数和数字校正电路,分析了积分器运算放大器的压摆率对信号带宽的影响;利用Matlab Simulink,对该调制器进行行为级仿真.在过采样率为128、输入信号带宽为50 kHz时,可达到93.8 dB的信噪比和15.30住的精度.该结构具有输入信号低失真的优点,可用于MEMS传感器的数据处理电路.     

一种前馈架构的Σ-Δ调制器设计

基于40 nm CMOS工艺,设计了一种前馈架构的3阶1位量化离散时间Σ-Δ调制器。该调制器的信号带宽为100 kHz,过采样比为128。为了适应低电压环境,输入端开关采用栅压自举结构以提升采样信号的线性度,运算放大器采用两级结构以增加输出摆幅。为了降低系统功耗,比较器采用动态结构实现。仿真结果表明,在1.2 V电源电压下,该调制器的最高信噪比为88.1 dB,功耗为1.5 mW。     

一种带斩波的双采样Σ-Δ调制器

设计了一种适用于过高磁场抗扰度的电容式隔离型全差分Σ-Δ调制器。它采用单环2阶1位量化的前馈积分器结构,运用斩波技术降低低频噪声和直流失调。与传统的全差分结构相比,该调制器的每级积分器均采用4个采样电容,在一个时钟周期内能实现两次采样与积分,所需的外部时钟频率仅为传统积分器的一半,降低了运放的压摆率及单位增益带宽的设计要求,实现了低功耗。基于CSMC 0.35 μm CMOS工艺,在5 V电源电压、10 MHz采样频率和256过采样率的条件下进行电路仿真。后仿真结果表明,调制器的SNDR为100.7 dB,THD为－104.9 dB,ENOB可达16.78位,总功耗仅为0.4 mA。     

一种斩波稳定低噪声Σ-Δ调制器设计

针对Σ-Δ调制器输入失调电压的需求,设计了一种新型低输入失调电压的Σ-Δ调制器。利用斩波稳定运算放大器和新颖的开关电容积分器,动态消除了直流失调电压以及低频噪声(主要包含1/f噪声),使得调制器的输入失调电压微乎其微。基于0.15 μm CMOS工艺,利用Hspice软件对电路进行仿真,同时采用Matlab和TCL对仿真结果进行分析。仿真结果表明,在电源电压为4.5~5.5 V、温度为-40 ℃~85 ℃、各种工艺角下,低频噪声抑制能力增加了15 dB,且当运算跨导放大器的失调电压为10 mV时,Σ-Δ调制器的输入失调电压由9.7 mV下降为0.4 mV。     

∑△调制器中非线性直流增益建模

分析了运算放大器有限直流增益和非线性直流增益对∑△调制器的影响,通过双曲正切函数模拟运算放大器的输入输出特性,由积分器的递归解法构造了一个调制器模型.该模型可用于系统级仿真来预测非线性直流增益对调制器性能的影响,系统级仿真和电路级仿真证明此模型行之有效.