Σ-ΔADC的模拟调制器设计与非理想因素分析
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更新于2024-08-10
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本文主要讨论的是关于典型的S/H电路(Sample and Hold, S/H)在ni-xnet数据配置中的应用,特别是在高精度sigma-delta ADC(Σ-Δ Analog-to-Digital Converter, 采样保持型模数转换器)设计中的关键要素和非理想特性分析。S/H电路在Σ-Δ ADC中扮演着重要角色,负责在模拟信号和数字信号之间进行转换,确保信号的准确捕捉和存储。
首先,文章强调了开关非线性在S/H电路中的影响。理想的开关应在导通和断开时具有极低的电阻,但在实际的CMOS工艺中,nMOS和pMOS晶体管实现的开关会表现出非线性导通电阻、时钟馈通以及电荷注入等非理想特性。非线性导通电阻导致信号失真,可以通过缩短采样保持时间、使用传输门和时钟自举等方法来减轻这个问题。时钟馈通则源于开关关断时,栅-源端交叠电容上存储的电荷会影响采样电容,造成误差。作者给出了相关的数学模型来量化这种误差。
其次,论文详细探讨了Σ-Δ ADC的系统指标,包括动态性能(如信噪比、动态范围、无杂波动态范围)和静态特性(如积分非线性、微分非线性),这些指标对于评估ADC的整体性能至关重要。设计中,模拟调制器和数字滤波器是Σ-Δ ADC的核心组成部分,作者利用Matlab进行系统建模和仿真,确定了不同参数如阶数、前馈因子、反馈因子和积分器增益因子的选择,以达到特定的精度和动态性能。
在模拟调制器的设计过程中,作者针对非理想因素进行了深入分析,如运放的有限直流增益、带宽和摆率、输出摆幅限制、开关非线性、时钟抖动以及采样电容的热噪声等,这些都是影响Σ-Δ ADC性能的关键因素。例如,通过采用自举开关和新型时钟馈通补偿技术,可以降低输入级采样开关非线性带来的谐波失真,从而提升系统的动态性能。
最后,电路设计方面,本文采用2阶单环多位结构的模拟调制器,结合优化的前馈和反馈系数,实现了高精度的Σ-Δ ADC。为了减小量化噪声,采用了4位量化器。运放选择方面,由于信号带宽较窄,高增益的共源共栅及共源放大器结构的运算放大器被选用,特别是采用开关电容结构的共模反馈电路,以增强输出摆幅,确保高精度的转换。
这篇文章深入解析了典型的S/H电路在σ-δ ADC设计中的作用,以及如何通过系统化的方法处理非理想因素,以实现高速、高精度和低功耗的Σ-Δ ADC设计。
2018-03-30 上传
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羊牮
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