西安电科大吴笑峰博士论文：高精度sigma-delta ADC设计与系统性能优化

高精度sigma-delta+ADC（∑-ΔADC）的研究与设计是一项关键的前沿技术，特别是在现代电子系统中，对低功耗、高精度和高速度的集成模拟到数字转换器（ADC）的需求日益增长。西安电子科技大学的吴笑峰博士在微电子学与固体电子学专业撰写了他的博士论文，探讨了这种特殊类型的ADC的设计方法。 ∑-ΔADC以其独特的过采样、噪声整形和数字滤波技术闻名，它能显著降低对模拟电路复杂性的依赖，从而实现其他类型ADC难以企及的高精度和低功耗。然而，这种优势也伴随着挑战，即如何在保持高速性能的同时维持这些特性。因此，设计中的重点在于平衡这些性能指标，如信噪比、动态范围、无杂波动态范围等动态特性和积分非线性、微分非线性等静态特性。 论文深入研究了∑-ΔADC的系统设计，包括模拟调制器和数字滤波器。设计过程中，利用Matlab软件进行建模和系统仿真，以确定调制器的阶数、前馈因子、反馈因子和积分器增益因子的选择，以优化系统性能。针对模拟调制器，论文详尽地分析了各种非理想因素的影响，如运放的直流增益限制、带宽和摆率、输出幅度限制、开关非线性、时钟抖动以及采样电容的热噪声，以便为实际电路设计提供精确的参数参考。 设计策略上，采用了2阶单环多位结构的模拟调制器，配合优化的前馈和反馈系数，以确保高精度。同时，通过4位量化器来减小量化噪声。采用新型时钟馈通补偿技术的自举开关，有效抑制了输入级采样开关非线性导致的谐波失真，提升了系统的动态性能。对于高性能，论文特别强调了高增益运算放大器的重要性，采用两阶段结构，第一级采用共源共栅结构，第二级则选用共源放大器，同时利用开关电容共模反馈电路以增强输出摆幅。 这篇论文不仅深入剖析了∑-ΔADC的原理和工作机制，还提供了实际设计中的关键参数选择和优化策略，为追求高精度、低功耗和高速度的ADC系统设计提供了有价值的理论支持和技术指南。