3位级联MASH Sigma-Delta转换器设计与仿真

"该文章详细介绍了2-1MASH多位Sigma-Delta转换器的设计，包括其3位级联结构调制器、全差分电路设计、0.35微米工艺实现、数据权重平均算法的应用以及在7.8125 kHz基带信号下的87 dB信噪比表现。文章还提到了CIC滤波器、校准算法和低功耗特点，以及MASH结构在提高转换速度和精度方面的优势。" Sigma-Delta调制器是一种广泛应用的模数转换器，它利用过采样技术和噪声整形技术来实现高精度转换。在CMOS工艺不断发展的背景下，这种转换器因其对模拟部分要求较低而受到青睐。传统的单位量化Sigma-Delta转换器需要极高的过采样率，适合低速高精度应用。然而，通过采用多位量化，可以降低过采样率，从而提升转换速度，扩大应用领域。 本文讨论的2-1MASH（多级噪声整形）结构是一种多位Sigma-Delta转换器，其核心是3位级联结构的调制器。这种设计有助于减少对模拟部件的精确匹配需求，因为全差分结构可以降低噪声并提高共模抑制。使用0.35微米工艺实现的电路可以在3.3 V单电源供电下工作，电流消耗小于600 μA，这体现了其在功耗方面的优秀性能。 数据权重平均算法在多位DAC控制逻辑中的应用解决了器件制造过程中不可避免的失配问题。通过确保每个DAC单元在一段时间内的使用概率相等，算法有效地减少了非线性影响，从而提高了多位量化转换器的性能。在7.8125 kHz基带信号和500 kHz时钟频率下，该设计实现了87 dB的信噪比，表明其在噪声抑制方面有出色的表现。 此外，文中还提及了CIC（积分梳状滤波器）在信号处理中的作用，这种滤波器常用于Sigma-Delta转换器的抽取阶段，以降低采样率并去除高频噪声。配合校准算法，该转换器的输出无噪声分辨率达到了14.16位，意味着其具有很高的分辨率和线性度，而且在模拟部分无需额外调整。 2-1MASH多位Sigma-Delta转换器通过优化设计和算法实现了高速、高精度和低功耗的转换效果，这在现代电子设计工程中具有重要的实用价值，特别是在需要高效能模数转换的系统中。