Σ-Δ模拟/数字转换器综述

Σ-ΔA/D转换器是利用速度换取精度的高精度模拟/数字转换器。文章分析了Σ-ΔA/D转换器的产生、组成和优势,重点介绍了Σ-Δ调制器结构及其性能指标,简要介绍了数字抽取滤波器。对Σ-ΔA/D转换器国内外发展状况进行了全面的分析。在此基础上,论述了Σ-ΔA/D转换器未来的发展趋势。     

高阶模拟Σ-Δ调制器设计研究

在简要介绍高阶1位量化Σ-ΔA/D转换器基本原理的基础上,分析了Σ-Δ调制器的噪声特性;介绍了传统线性模型下的噪声传递函数的设计方法。同时,结合实际高阶模拟Σ-Δ调制器的开关电容实现电路,重点对影响调制器性能的非理想因素进行了详细分析,并采用程序建模仿真的方法指导电路设计。与传统设计方法的结果对比表明,文中的方法可以为电路设计提供更加可靠的依据。     

Σ-Δ型A/D转换器基本原理解析

Σ-Δ型A/D转换器以其独特的优势，广泛应用于转换速率在每秒百千次以下的场景中。其核心Σ-Δ调制器虽然结构简单，但工作原理理解却不易，我们独辟蹊径，从初学者易于理解的角度切入，进行原理阐述，然后回归到实际的结构图，最后给出了Σ-Δ调制器的PSpice仿真验证，解决了初学者理解Σ-Δ型A/D转换器工作原理的难题。     

一种单环5阶高精度音频Δ-Σ A/D转换器

采用英飞凌0.11μm CMOS工艺,实现了一种用于音频范围的高精度Δ-ΣA/D转换器。调制器采用1位量化的5阶单环前馈结构,ADC过采样率为256。A/D转换器模拟调制器工作于5V电压,数字滤波器工作于1.2V电压,整体功耗为20.52mW,版图面积3.1mm2。仿真结果显示,设计的A/D转换器在20kHz信号带宽内达到108.9dB的信噪失真比,有效位数为18位。     

一种稳定的高阶Σ-Δ模/数转换器

文章提出了一种稳定的高阶Σ-Δ模数转换器的设计方法.结合实例,简要说明了多级数字抽取滤波器的设计, 并讨论了调制器基带内零点优化的方法.设计的Σ-Δ A/D转换器可以满足无线通信应用中大动态范围A/D转换的要求.     

16位高稳定性前馈结构∑-Δ A/D转换器

设计了一种具有前馈结构的ΣA A/D转换器.运用零点、极点优化技术,使Σ-△调制器在具有较高稳定性的同时得到优化的信噪比.调制器采用前馈3阶单环结构,采用1位量化,用全差分开关电容方式实现,时钟频率为256 kHz,信号带宽为1 kHz.电路采用SMIC 0.18 μmCMOS工艺,仿真结果表明,Σ-A A/D转换器达到的信噪比为90.54 dB,有效位数为14.8位;在3.3 V电源电压下,功耗为5.18 mW.     

三阶1-1-1级联Σ-Δ调制器的设计及仿真

采用MASH结构,设计了一款三阶(1-1-1)级联Σ-Δ调制器;讨论了各个模块的增益系数,设计了数字校正电路,并运用Matlab/Simulink对调制器进行了行为级仿真.当输入信号带宽为20 kHz,过采样比为64时,仿真模型得到87.7 dB的信噪比,精度为14.28位.与其他结构的调制器相比,该调制器更加稳定,动态范围更大,可应用于处理音频信号的A/D转换器.     

一种用于过采样Σ-Δ A/D转换器的抽取滤波器

采用0.8 μm CMOS工艺,实现了一种用于过采样Σ-Δ A/D转换器的数字抽取滤波器.该滤波器采用多级结构,梳状滤波器作为首级,用最佳一致逼近算法设计的FIR滤波器作为末级,并通过位串行算法硬件实现.芯片测试表明,该滤波器对128倍过采样率、2阶Σ-Δ调制器的输出码流进行处理得到的信噪比为75 dB.     

低功耗音频Δ-Σ D/A转换器

设计了一种适用于音频应用的16位D/A转换器.芯片集成了内插滤波器、Δ-Σ调制器和D类功放,可以独立完成带宽为8 kHz的音频数字信号到模拟信号的转换.内插滤波器完成64倍过采样并消除镜像信号,Δ-Σ调制器实现16位的转换精度.在驱动8 Ω负载时,D类功放实现97 dB的动态范围,最大输出功率达到100 mW,三次谐波小于-100 dB;同时,功率效率大于90%,特别适合低功耗应用领域.设计采用标准0.18 μm CMOS工艺,芯片面积约为2 μm×2 μm.     

低功耗音频Δ -∑ D／A转换器

设计了一种适用于音频应用的16位D/A转换器.芯片集成了内插滤波器、Δ-Σ调制器和D类功放,可以独立完成带宽为8 kHz的音频数字信号到模拟信号的转换.内插滤波器完成64倍过采样并消除镜像信号,Δ-Σ调制器实现16位的转换精度.在驱动8 Ω负载时,D类功放实现97 dB的动态范围,最大输出功率达到100 mW,三次谐波小于-100 dB;同时,功率效率大于90%,特别适合低功耗应用领域.设计采用标准0.18 μm CMOS工艺,芯片面积约为2 μm×2 μm.     

一种Σ-Δ A/D转换器抽取滤波器的设计

设计了一种Σ-ΔA/D转换器中的数字抽取滤波器。该滤波器应用于音频范围,采用多级多采样率的结构,由梳状滤波器、补偿滤波器以及两个半带滤波器组成。滤波器系数用标准符号编码实现,减少了乘法单元的使用。采用Simulink模拟过采样128倍的4位调制器输出;用Verilog编写用于测试的滤波器代码。在Matlab中分析滤波器输出码流,得到的信噪比为101 dB,能够满足高端音频A/D转换器的要求。     

一种0.35 μm CMOS高精度Σ-Δ A/D转换器

提出了一种应用于MEMS压力传感器的高精度Σ-Δ A/D转换器。该电路由Σ-Δ调制器和数字抽取滤波器组成。其中,Σ-Δ调制器采用3阶前馈、单环、单比特量化结构。数字抽取滤波器由级联积分梳状(CIC)滤波器、补偿滤波器和半带滤波器(HBF)组成。采用TSMC 0.35 μm CMOS工艺和Matlab模型对电路进行设计与后仿验证。结果表明,该Σ-Δ A/D转换器的过采样比为2 048,信噪比为112.3 dB,精度为18.36 位,带宽为200 Hz,输入采样频率为819.2 kHz,通带波纹系数为±0.01 dB,阻带增益衰减为120 dB,输出动态范围为110.6 dB。     

用于过采样Σ-ΔA/D转换器的Σ-Δ调制器

分析并讨论了过采样 Σ- Δ A/D转换器中一阶、二阶及高阶级联结构的 Σ- Δ调制器的性能特点 ,并编写 C语言程序进行行为级仿真 ,用 PSpice进行电路级仿真 ,利用 MATLAB工具对其结果进行分析。结果表明 ,Σ-Δ调制器具有噪声整形特性 ,可以提高基带内的信噪比 ,且三阶级联结构中 1 - 1 - 1结构性能最优。Σ- Δ调制器与过采样技术相结合可构成高精度、低成本的 A/D转换器。     

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。     

基准电压波动对Σ-Δ A/D转换性能的影响

Σ-ΔA/D转换器需要一个基准电压作为参照进行模/数转换,因此,基准电压上的任何变化都会直接影响到A/D转换的结果。文章推导分析了基准电压的DC及AC波动对Σ-ΔA/D转换结果的影响机制,并用一个三阶Σ-ΔA/D转换器实例,在Matlab仿真环境中验证了分析结果。文章的结论可用于指导Σ-ΔA/D转换器芯片中带隙基准源模块的电源抑制比设计。     

14-b400-ksps 2.5-mW连续时间Σ-Δ调制器

连续时间Σ-Δ调制器较之传统的开关电容Σ-Δ调制器具有更低的功耗、更小的面积,以及集成抗混叠滤波器等诸多优势。设计了一种应用于低中频GSM接收机的4阶单环单比特结构的连续时间Σ-Δ调制器。在调制器中,采用了开关电容D/A转换器,以降低时钟抖动对性能的影响。仿真结果显示,在1.8 V工作电压2、00 kHz信号带宽、0.18μm CMOS工艺条件下,采样频率21 MHz,动态范围(DR)超过90 dB,功耗不超过2.5 mW。     

一种适用于数字音频的Δ-ΣD/A转换器

设计了一种适于数字音频应用的18位48 kHz Δ-Σ D/A转换器.其内插滤波器采用时分复用和无需乘法器的设计,降低了硬件开销.Δ-Σ调制器采用5阶单环单比特量化结构,经FPGA平台验证,可实现100 dB的带内信噪比.开关电容(SC)重建滤波器采用CSMC 0.6 μm CMOS工艺实现,核心芯片面积为1.73 mm×1.11 mm,在5 V工作电源下,其功耗小于22 mW.     

过采样Σ—Δ A／D转换器

对近采样Σ－ΔＡ／Ｄ转换器作了全面的描述。介绍了Σ－ΔＡ／Ｄ转换器的工作原理，着重推导了转换器中调制器阶数、过采样比和精度的关系，指出了调制器稳定工作的条件。最后，以１８位Σ－ΔＡ／Ｄ转换器稳定工作的条件。最后，以１８位Σ－ΔＡ／Ｄ转换器的调制器设计为例，详细阐述了Σ－ΔＡ／Ｄ转换器的设计过程，并给出了实验结果。     

应用于ADSL的多位Σ-Δ数/模转换器的设计

提出了一种应用于ADSL数据传输的多位电流模Σ-Δ数/模转换器(DAC)。采用多位Σ-Δ调制器,可以在低过采样率和低调制器阶数下设计出高性能的调制器。通过采用动态元素匹配(DEM)技术,降低了由于电流模DAC(SteeringDAC)电路中电流源单元的不匹配带来的噪声,进一步改善了输出信号的信噪比。     

高速二阶∑-△A/D调制器的设计

文章对二阶Σ-ΔA/D调制器的原理、系统性能及稳定性进行了分析,给出噪声传递函数和信噪比。并根据实际的器件参数和设计准则,应用CMOS开关电容和高速模拟电路技术,用0.6μm工艺实现了一个高速二阶Σ-Δ调制器。