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基于SMIC 0.35um工艺的Sigma-Delta ADC的设计与验证

作　者: 钟剑磷
导　师: 李平；崔自中
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: Sigma-Delta模数转换器工艺仿真验证 Matlab\Simulink FineSim Pro
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 204次
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内容摘要

Sigma-Delta模数转换器(ΣΔADC)中采用了过采样和噪声整形技术两个关键技术,使得抗混叠要求非常低;加上信号频带内的量化噪声功率受到抑制,通过数字滤波器滤除信号频带外的高频噪声后,使得转换器的信噪比和动态范围得到提升,并且降低了对模拟电路精度的要求。在对ΣΔADC原理深入研究的基础上,设计出一款基于SMIC 0.35um工艺的ΣΔADC,并运用可行有效的验证方法和仿真工具检验结果。首先,根据指标在Matlab\Simulink平台上设计行为级模型,对调制器的非理想因素进行建模,设计合理的放大倍数、摆率、频带以及抽取滤波器级数和降采样率,通过仿真验证后确定电路级设计的性能要求。其次,把所设计的调制器电路生成网表,采用Hspice进行仿真验证;将编写的抽取滤波器Verilog-HDL代码下载到现场可编程门阵列(FPGA)中进行综合电路,并且使用软硬件协同验证平台进行验证。在FineSim Pro上建立模数混合仿真平台,将调制器和抽取滤波器整合,仿真得出的最终信噪比达到设计指标。最后,基于SMIC 0.35um工艺,采用Cadence公司的Virtuoso Layout软件对调制器部分进行全定制版图设计;采用Synopsys公司的Design Compiler(DC)综合出抽取滤波器电路,并使用Astro完成抽取滤波器版图设计。版图都通过DRC和LVS检查。在深入研究ΣΔADC原理的基础上,采用有效的设计、验证方法和仿真工具对所设计的ΣΔADC进行验证。从结果中证明这种设计和验证的有效性、使用工具的合理性,大幅度的减少了仿真时间,缩短了设计周期。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-13
  1.1 Sigma-Delta 技术研究意义  10
  1.2 Sigma-Delta ADC 发展历史背景  10-11
  1.3 论文的主要内容  11-13
第二章 ADC 基本原理分析  13-19
  2.1 传统ADC 技术原理  13-14
  2.2 过采样ADC 技术原理及优势  14-19
    2.2.1 过采样技术  15-16
    2.2.2 噪声整形技术  16-19
第三章 Sigma-Delta ADC 设计与验证的规划  19-24
  3.1 研究目标和内容的设计  19-20
  3.2 仿真验证方法的构思  20-24
第四章 Sigma-Delta ADC 系统级设计  24-39
  4.1 Sigma-Delta ADC 系统设计  24-25
    4.1.1 调制器设计指标  24-25
    4.1.2 抽取滤波器设计内容  25
  4.2 调制器结构设计  25-32
    4.2.1 电路噪声建模  28-29
    4.2.2 时钟抖动建模  29-30
    4.2.3 多比特DAC 的非线性建模  30-32
  4.3 抽取滤波器的设计  32-34
    4.3.1 CIC 滤波器设计  32-33
    4.3.2 半带滤波器设计  33-34
  4.4 Simulink 环境下的仿真验证  34-39
    4.4.1 调制器性能仿真验证  34-36
    4.4.2 抽取滤波器的验证  36-39
第五章 Sigma-Delta ADC 电路实现与验证  39-61
  5.1 调制器部分设计  39-47
    5.1.1 开关电容积分器设计  39-41
    5.1.2 全差分运算放大器的设计  41-44
    5.1.3 比较器设计  44-45
    5.1.4 时钟电路设计  45-46
    5.1.5 DWA 算法误差校正电路设计  46-47
  5.2 调制器电路验证  47-50
    5.2.1 时钟控制电路验证  48-49
    5.2.2 电路性能验证  49-50
  5.3 抽取滤波器设计  50-53
    5.3.1 CIC 滤波器设计  50-52
    5.3.2 半带滤波器设计  52-53
  5.4 抽取滤波器电路验证  53-61
    5.4.1 在ModelSIM 中的仿真验证  53-55
    5.4.2 基于软硬件协同验证平台的仿真验证  55-61
第六章全电路仿真验证  61-67
  6.1 基于HSIM+NC 模数混合仿真平台的验证  61-63
  6.2 基于FineSim+NC 模数混合仿真平台的构建  63-67
    6.2.1 FineSim Pro 仿真验证平台  63-64
    6.2.2 FineSim+NC 仿真平台建立及全电路仿真结果  64-67
第七章版图设计  67-75
  7.1 版图电气属性的考虑  67-70
    7.1.1 考虑寄生电阻的版图设计  67-69
    7.1.2 考虑寄生电容的版图设计  69
    7.1.3 消除闩锁效应(Latch-up)  69-70
  7.2 版图实现  70-75
    7.2.1 模拟版图实现  70-71
    7.2.2 数字版图实现  71-75
第八章总结  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-79
附录 FIR 半带滤波器代码  79-90
攻硕期间取得的研究成果  90-91

基于SMIC 0.35um工艺的Sigma-Delta ADC的设计与验证

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