用于音频过采样D/A转换器的∑-△调制器设计研究

文章针对采样频率为44.1kHz的16位数字音频信号，采用CookBook方法，研究设计了用于过采样率为64倍的音频数模转换器的五阶3比特输出sigma-deha（∑-△）调制器。该调制器通带内信噪比（SNR）的matlab仿真实验结果达到了120dB以上，能够很好的抑制通带内噪声。该调制器设计结构采用前反馈和负反馈分支的∑△型．大大降低了电路的复杂性，使硬件实现十分方便，具有重要的应用价值。     

14-b 400-ksps 2.5-mW连续时间∑-Δ调制器

连续时间∑-△调制器较之传统的开关电容∑-△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∑-△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、200 kHz信号带宽、0.18 μm 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.     

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。     

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．     

一种具有改进积分器结构的高阶∑-△调制器

设计了一个五阶单回路∑-△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0．6μm CMOS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。     

84dB动态范围13b/400kHz/3V/5.88mW∑△模数转换器

介绍了一个200kHz信号带宽、用于低中频结构GSM射频接收机的高精度∑△调制器.为了达到高线性和稳定性,调制器采用2-1级联单比特的结构实现.电路在0.18μm CMOS工艺下流片验证,核心面积为0.5mm×1.1mm.调制器工作在19.2MHz的采样频率,在3V电源电压下功耗为5.88mW.测试结果表明,在200kHz信号带宽,过采样率为64的条件下,调制器达到84.4dB动态范围,峰值SNDR达到73.8dB,峰值SNR达到80dB.     

一种高性能多位量化∑-△调制器的设计

实现了一种适用于信号检测的低功耗∑-△调制器.调制器采用2阶3位量化器结构,并使用数据加权平均算法降低多位DAC产生的非线性.调制器采用TSMC 0.18 μm混合信号CMOS工艺实现.该调制器工作于1.8V电源电压,在50 kHz信号带宽和12.8 MHz采样频率下,整体功耗为3 mW,整体版图尺寸为1.25 mm×1.15 mm.后仿真结果显示,在电容随机失配5‰的情况下,该调制器可以达到91.4 dB的信噪失真比(SNDR)和93.6 dB的动态范围(DR).     

80dB动态范围,用于低中频结构GSM接收机的∑△调制器

介绍了一个200kHz信号带宽、用于低中频结构GSM射频接收机的高精度∑△调制器.该调制器采用3阶单环单比特的结构,电路使用全差分开关电容结构实现,并在0.6μm 2P2M CMOS 工艺下流片验证.调制器使用全差分±1V参考电压,工作在26MHz采样频率,过采样率为64.测试结果表明,在200kHz信号带宽内,调制器达到80.6dB动态范围,峰值SNDR达到71.8dB,峰值SNR达到73.9dB.整个调制器电源电压为5V,静态功耗为15mW.     

80dB动态范围,用于低中频结构GSM接收机的∑△调制器

介绍了一个200kHz信号带宽、用于低中频结构GSM射频接收机的高精度∑△调制器.该调制器采用3阶单环单比特的结构,电路使用全差分开关电容结构实现,并在0.6μm 2P2M CMOS 工艺下流片验证.调制器使用全差分±1V参考电压,工作在26MHz采样频率,过采样率为64.测试结果表明,在200kHz信号带宽内,调制器达到80.6dB动态范围,峰值SNDR达到71.8dB,峰值SNR达到73.9dB.整个调制器电源电压为5V,静态功耗为15mW.     

一种∑△音频DAC的设计

设计了一种用于移动通信终端的13bit,8kHz采样的∑△DAC。数字部分的∑△调制器只用了2个加法器实现,占用芯片面积很小。通过直接驱动D类功放,芯片最大输出功率为98mW。仿真表明功放输出效率为86．2％,最大信噪比为80dB。     

一种高线性度100 kHz带宽∑△调制器

设计了一个100 kHz信号带宽、80 dB SNDR、3.3 V电源电压的单环三阶∑△调制器.电路采用AB类运放,可在较低静态功耗下实现较高的压摆率.电路采用UMC 0.18μm CMOS工艺制作,版图面积为1.7 mm×1.3 mm.芯片测试结果显示:在12 MHz时钟频率、60倍过采样下,调制器可达到100 kHz信号带宽,75.7 dB SNDR和98 dB SFDR.     

20位∑-△A/D转换器的设计

文章介绍了20位、5V单电源过采样∑-△A/D转换器,根据精度与阶数和过采样比的关系,设计了4阶蒡-驻调制器。在∑-△调制器中添加了局部负反馈,使转换器能对满量程(FS)输入信号进行精确转换;在梳状滤波器后面添加了补偿电路,补偿梳状滤波器在基带内的衰减,使基带内的纹波小于0.001dB。本电路采用0.6滋mCMOS工艺,电路的结构和精度通过了HSPICE、STAR-SIM等EDA软件的验证。     

低电压Σ-Δ调制器关键技术及设计实例

介绍了低电压开关电容Σ-Δ调制器的实现难点及解决方案,并设计了一种1 V工作电压的Σ-Δ调制器.在0.18 μm CMOS工艺下,该Σ-Δ调制器采样频率为6.25 MHz,过采样比为156,信号带宽为20 kHz;在输入信号为5.149 kHz时,仿真得到Σ-Δ调制器的峰值信号噪声失真比达到102 dB,功耗约为5 mW.     

∑-△模数转换器基本原理及应用(2)

实际上,模拟滤波器对输入信号具有低通滤波作用,而对噪声分量具有高通滤波作用,因此可将调制器的模拟滤波器的作用看作一种噪声整形滤波器,整形后的量化噪声分布见图7(a)。正如一般的模拟滤波器,滤波器的阶数越高其滤波性能越好。因此高阶∑-△调制器得到广泛应用,图8是二阶∑-△ADC原理框图。图9给出了∑-△调制器的信噪比与阶数和过采样倍率之间的关系,其中SNR为信噪比,K为过采样倍率。例如,当K=64,一个理想的二阶系统的信噪比大约80dB,分辨率大约相当于13位的ADC。     

基于块数字滤波器的高阶两通道时间交织∑△调制器的系统优化设计

时间交织技术是一种提高∑△调制器采样频率的有效方法,但是时间交织∑△调制器对通道之间的失配非常敏感.在传统噪声传递函数(NTF)中增加一个z=-1的零点,可以减小折叠到信号带宽内的噪声.在已提出的基于块数字滤波器的二阶两通道时间交织∑△调制器结构的基础上,提出了一种高阶两通道时间交织∑△调制器的系统优化设计方法,该方法对系统的稳定性、噪声传递函数零极点的优化进行了考虑.采用该方法,设计了一种带宽为4MHz应用于数字视频广播系统中的高阶两通道时间交织调制器的系统结构.仿真结果表明,该调制器具有较大的稳定输入范围以及对通道失配不敏感的特点.     

连续时间Sigma-Delta模/数转换器(下)

连续时间∑△调制器 第一枚获业界公认的∑△调制器诞生于1962年,而它事实上是采用了CT电路.此后,利用CT电路来实现∑△调制器便愈来愈普遍,但当开关电容器(SC)电路面世后,大部分的∑△调制器都改以DT环路滤波器来实现.SC电路之所以受欢迎,原因是它不会受信号波形特性的影响.此外,SC积分器的时间常数可随着采样频率而调整,从而提高系统的灵活性.     

∑-△调制器在SIMULINK下的噪声模型

为了满足在行为级对∑-△调制器进行完整仿真的需要，提出了在SIMULINK环境下∑-△调制器的噪声模型，包括采样时钟抖动、开关热噪声(kT／C噪声)、运算放大器的有限增益、有限带宽、压摆及饱和电压等非理想因素。在给出具体噪声模型的基础上，构造出二阶∑-△调制器模型。通过仿真，验证了噪声模型的正确性。     

一种2-1-1型MASH ∑-△调制器的系统设计

∑-△调制器的结构日趋复杂,用行为级模型进行仿真对提高设计效率来说是十分必要的。首先,文章讨论了开关电容∑-△调制器几种重要的非理想因素,例如时钟抖动、开关引起的非线性、开关热噪声、运放的非理想因素（等效输入噪声、有限直流增益、有限带宽、摆率和有限输出摆幅）,并且相应给出了在MATLAB／SIMULINK环境下创建的行为级模型。然后,文章基于上述模型给出了一个2-1-1MASH∑-△调制器行为级设计的例子。在给定过采样率为64的条件下,采样频率19．2MHz,调制器动态范围95dB,峰值信噪比94dB。     

一种13位400kHz1 1mW∑-△模拟／数字转换器

设计了应用于低中频GSM接收机的三阶单环单比特结构∑-△A／D转换器。调制器采用全差分开关电容积分器实现。仿真结果显示，在工作电压为3V、信号带宽200kHz、0．35μmCMOS工艺的条件下，过采样率选择为64，信号／噪声失真比（SNDR）达到85dB，功耗不超过11mW。     

窄带射频接收系统中带通∑-△调制器的设计

设计了一种适用于无线窄带射频接收系统的带通∑-△调制器，并将其成功集成于一个无线射频收发芯片之中。该调制器采用0．35μm CMOS工艺实现，采用斩波-稳零，动态元件匹配，以及正交采样等技术，提高系统的信噪比，并解决通道间失配的问题。模拟结果表明，该电路在30kHz带宽内，信噪比为83．4dB，而两个通道消耗的总电流仅为1mA。