开关电容共模反馈在高精度ADC设计中的应用

"开关电容共模反馈电路在高精度sigma-delta ADC的研究与设计中扮演着关键角色。这种电路设计用于稳定全差分运算放大器的输出节点共模电压，以应对工艺偏差带来的影响。开关电容共模反馈电路通过调整确保输出节点的静态电压平衡，从而提高ADC的性能。 在吴笑峰的博士学位论文中，详细探讨了sigma-delta ADC（Σ-Δ模数转换器）的高精度和低功耗特性。Σ-Δ ADC利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，降低了对模拟电路设计的复杂性，实现其他类型ADC难以企及的精度和低功耗。尽管如此，Σ-Δ ADC在高速性能方面仍面临挑战，未来的Σ-Δ ADC需要同时实现高速、高精度和低功耗。 论文中，作者详述了ADC的系统指标，包括动态特性和静态特性。动态特性如信噪比、动态范围和无杂波动态范围，静态特性如积分非线性和微分非线性等，都是衡量ADC性能的重要标准。此外，还使用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，从而预测实际调制器的性能。 在模拟调制器设计中，非理想因素如运算放大器的有限直流增益、有限带宽和摆率、输出摆幅限制、开关非线性、时钟抖动和采样电容热噪声等都会影响Σ-Δ调制器的性能。论文对这些非理想因素进行了量化分析，为后续的电路设计提供了设计依据。 具体到模拟调制器电路级设计，采用2阶单环多位结构，并优化前馈和反馈系数，以实现高精度ADC系统。4位量化器被用来减少量化噪声。论文中还提出了一种新型时钟馈通补偿技术的自举开关，以降低采样开关非线性引起的谐波失真，提升系统动态性能。 运算放大器是整个设计中的关键部件，尤其对于高精度Σ-Δ ADC来说，高增益至关重要。论文中的运算放大器采用两级结构，第一级为共源共栅结构，第二级为共源放大器。共模反馈电路采用了开关电容设计，这有助于扩大运算放大器的输出摆幅，进一步增强其性能。 开关电容共模反馈电路在实现高精度sigma-delta ADC中起到了至关重要的作用，它通过精确控制共模电压，确保了运算放大器的稳定性和整体系统的高性能。同时，论文全面探讨了Σ-Δ ADC的系统设计、性能指标、非理想因素分析和优化策略，为高精度模数转换器的研究提供了宝贵的理论基础和技术参考。"