高精度Σ-ΔADC研究：模拟调制器设计与非理想因素分析

"预运放交流小信号等效电路图-ni-xnet数据配置说明" 这篇内容主要涉及的是模拟电路中的预运放交流小信号等效电路分析，特别是与稳定性和增益相关的知识点。预运放交流小信号等效电路图是一种用于分析运算放大器在交流工作状态下性能的模型，它忽略了直流偏置电流和电压，只考虑交流信号的传递。在图4．23中，XOP和XoN两点是关键节点，通过列写这两个节点的电压方程（4-46）和（4-47），可以得到预运放的传输函数。这里的方程揭示了电路对称性对参数的影响，比如gml等于gm2，gIll3等于gIIl4，gln5等于gm6，以及CxoN等于CxoP。 预运放的传输函数（4．48）表达了输入信号Vi与输出信号Vo之间的关系，它涉及到运算放大器的跨导（gm）和电容（C）。从这个函数可以看出，如果gln5小于gIll3，预运放的极点将位于左半S平面上，这意味着系统将是稳定的。此外，该描述还提到了预运放的直流增益，这是衡量放大器在直流信号下放大能力的一个重要参数。 另一方面，标签中的"sigma-delta ADC"是另一种重要的模拟到数字转换技术。Σ-Δ模数转换器（Σ-Δ ADC）以其高精度和低功耗特性在现代电子设备中广泛应用。这种ADC利用过采样、噪声整形和数字滤波来提高转换精度，同时降低了对模拟电路设计的严格要求。尽管如此，Σ-Δ ADC通常难以实现高速性能，但未来的发展趋势是追求同时具备高速、高精度和低功耗的特性。 在Σ-Δ ADC的研究与设计中，论文提到了关键性能指标，包括动态特性（如信噪比、动态范围和无杂波动态范围）和静态特性（如积分非线性和微分非线性）。这些指标是评估ADC性能的基础。论文通过MATLAB软件进行建模和仿真，探讨了Σ-Δ ADC系统设计的方法，包括确定模拟调制器的阶数、前馈因子、反馈因子和积分器增益因子。 在模拟调制器设计中，论文详细分析了各种非理想因素对Σ-Δ调制器性能的影响，如运算放大器的有限直流增益、带宽和摆率限制、输出摆幅限制、开关非线性、时钟抖动和采样电容热噪声等。通过量化这些非理想因素，可以为实际电路设计提供指导。 论文设计的Σ-Δ ADC采用2阶单环多位结构，结合优化的前馈和反馈系数，以实现高精度。为了减少量化噪声，使用了4位量化器。采用新型时钟馈通补偿技术的自举开关来减轻输入级采样开关非线性引起的谐波失真，从而提升系统动态性能。考虑到设计的Σ-Δ ADC信号带较窄，高增益的运算放大器成为关键，设计中采用了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，且共模反馈电路使用了开关电容结构，以增加输出摆幅。 这些内容涵盖了模拟电路分析、Σ-Δ ADC设计原理、性能指标和优化策略，对于理解模拟信号处理和高精度ADC设计具有重要意义。