高精度Σ-Δ模数转换器的研究与设计

"高精度sigma-delta ADC的研究与设计" 这篇博士学位论文详细探讨了Σ-Δ模数转换器（Σ-Δ ADC）的原理、设计和优化，尤其关注高精度和低功耗特性。Σ-Δ ADC因其独特的过采样、噪声整形和数字滤波技术，能够在简化模拟电路设计的同时实现高精度和低功耗，但高速性能的提升是其面临的一大挑战。 论文首先介绍了Σ-Δ ADC的基本结构和工作原理，包括采样和量化过程，并分析了ADC的性能指标，如信噪比（SNR）、动态范围（DR）和无杂波动态范围（SFDR）等，以及静态特性如积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）。这些指标对于评估ADC的性能至关重要。 在第三章，作者深入研究了Σ-Δ调制器的行为仿真，讨论了各种非理想因素，如运算放大器的有限增益、带宽、摆率，开关非线性，采样电容的热噪声和时钟抖动等对ADC性能的影响。通过Matlab软件的系统建模和仿真，可以预测调制器的实际性能。 第四章详细介绍了Σ-Δ ADC的电路级设计，提出了采用时钟馈通补偿技术的自举开关来降低输入级采样开关非线性引起的谐波失真，以提高系统的无杂波动态范围。设计中采用两级运算放大器结构，第一级为共源共栅，第二级为共源放大器，以实现高增益，进一步优化ADC的精度。量化器采用4位设计，并应用差分误差校正（DWA）技术来处理多位量化器的非线性，提升动态性能。 第五章涉及数字降采样滤波器的设计，该滤波器具有21.77kHz的带宽，6.144MHz的采样频率和32的降采样率。设计过程中，作者考虑了滤波器的系统量化效应和中间滤波器位宽，通过比较和分析选择了最优设计方案，并通过仿真验证了设计的正确性。 第六章则侧重于Σ-Δ ADC的版图设计和调制器的性能测试，确保了设计的物理实现与理论性能的一致性。 最后，第七章总结了论文的主要贡献和创新点，并指出了未来的研究方向，可能包括进一步提升Σ-Δ ADC的速度、精度和能效，以及解决实际应用中可能出现的新挑战。 这篇论文全面覆盖了Σ-Δ ADC的设计流程，从理论到实践，为高精度模拟数字转换器的研究提供了有价值的参考。