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基于音频的16位Sigma-delta AD转换器的研究

作　者: 潘宇
导　师: 吴玉广
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 过采样 噪声整形 ∑-△调制器 模数转换器
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


本文对具有16比特的精度处理音频信号(24KHz)的∑-△模数转换器进行了研究。现有的∑-△开关电容调制器模型中,并没有考虑积分器的有限直流增益( DCG)非线性因素。本文通过对非线性DCG分析、估算,给出它的分析、估算与模型。并且给出一套精确的开关电容∑-△调制器的行为级模型。该模型考虑了噪声(开关与运放的热噪声)、时钟抖动,以及非理想情况下,积分器与运放的有限直流增益与单位增益带宽等因素。通过对二阶调制器行为级模型的仿真,验证了非线性有限直流增益(DCG)会使调制器的输出谐波失真、背景噪声(the?noise?floor)急剧增加,加剧了调制器在行为级上的不可预测性,对后续设计有很大影响。本文给出的模型更为精确,运用这种结构可以构造任意结构的∑-△调制器,实用性很强。而在模拟调制器和数字滤波器设计中分别使用了新的优化结构:模拟调制器中运放采用Cascode共源共栅电压放大、与通常使用的OTA运放结构相比,这种结构的高速运放,具有静态工作电流小的优点,同时调制器还采用不消耗直流功耗的动态比较器,通过完备的分析和系统级仿真,得到预期的结果。选用了最精简的数字滤波器结构和最优化的系数量化位长,给出滤波器的设计方法与思路。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 选题背景与意义  7
  1.2 ∑-△A/D 调制器的主要研究方向  7-8
  1.3 根据选题所要完成的论文工作和预期的结果:  8
  1.4 各章节安排  8-11
第二章 ∑-△转换器技术基础  11-23
  2.1 传统的模数转换技术  11-15
    2.1.1 理想的 A/D 转换器  11-13
    2.1.2 量化误差分析  13-14
    2.1.3 ∑-△ADC 工作过程  14-15
  2.2 ∑-△调制技术  15-18
    2.2.1 过采样  16-17
    2.2.2 噪声整形  17-18
  2.3 ∑-△调制器的结构  18-23
    2.3.1 单循环 ∑-△调制器  18-20
    2.3.2 级联结构的 ∑-△调制器  20-23
第三章非线性直流增益对 ∑-△开关电容调制器的影响及其建模  23-33
  3.1 有限直流增益  24
  3.2 沉降行为  24-25
  3.3 非线性 DCG  25-27
  3.4 噪声  27
  3.5 非线性开关  27-28
  3.6 时钟抖动  28-29
  3.7 模拟与验证  29-32
  3.8 本章结论  32-33
第四章 ∑-△ A/D 的调制器设计  33-53
  4.1 电路级设计以及仿真  34-37
    4.1.1 量化器位数  35
    4.1.2 过采样率  35-36
    4.1.3 调制器阶数  36
    4.1.4 调制器环路的结构  36-37
  4.2 积分器设计  37-41
    4.2.1 电容设计  38-39
    4.2.2 积分器中的运放设计  39
    4.2.3 运放的增益  39-40
    4.2.4 运放带宽、压摆率  40-41
  4.3 运算放大器  41-47
    4.3.1 小信号分析  42-45
    4.3.2 偏置电路  45-47
  4.4 比较器的设计  47-49
  4.5 两相非交叠时钟  49-53
第五章调制器仿真结果  53-55
第六章数字滤波器的设计  55-67
  6.1 抽样定理  55-56
  6.2 数字滤波器中的量化分析  56-59
    6.2.1 数据量化效应  56-58
    6.2.2 系数量化效应  58
    6.2.3 CSD 码  58-59
  6.3 三级线性相位降采样滤波器结构  59-64
    6.3.1 一种有效的降采样转置法则  60-61
    6.3.2 梳状滤波器的系统级设计  61
    6.3.3 阶数的选取  61-62
    6.3.4 系统级验证  62-64
  6.4 第一级与第二级半带滤波器的设计  64-67
第七章 版图设计  67-71
第八章 结论  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-76
附录 A:Matlab 程序  76-81
作者攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 数模、数模转换电路
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