多相直接型ADC设计详解与转置图优化

本文主要探讨了多相结构直接型以及其转置图在ni-xnet数据配置中的应用，特别是在高精度sigma-delta ADC（∑-Δ模数转换器）设计中的具体实现。σ-ΔADC是一种通过过采样、噪声整形和数字滤波技术，能够在保持高精度的同时实现低功耗的模数转换器，但其高速性能是一个挑战。论文作者吴笑峰在西安电子科技大学攻读博士学位，专注于微电子学与固体电子学领域。 论文首先介绍了直接型滤波器的转置形式，通过系数与同一输入的乘积，可以复用中间单元，降低硬件资源占用，减少面积。在多相结构的直接型滤波器中，通过先降采样后乘法的方式，有效地减少了功耗。图5.12展示了这两种结构的详细示意图，分别展示了多相直接型结构和其转置形式，适用于不同应用场景。 论文的重点在于Σ-ΔADC的系统设计，包括对其动态特性和静态特性的深入剖析，如信噪比、动态范围、无杂波动态范围、积分非线性和微分非线性等。设计方法基于Matlab建模和仿真，确定了模拟调制器的阶数、前馈因子、反馈因子和积分器增益因子，以便优化系统性能。 在模拟调制器的设计中，作者详细分析了各种非理想因素，如运放的直流增益、带宽、摆率限制、输出摆幅、开关非线性、时钟抖动和采样电容热噪声，确保了设计的准确性。电路级设计采用了2阶单环多位结构，配合优化的反馈系数，实现了高精度的ADC。为了进一步提升动态性能，采用了4位量化器和新型时钟馈通补偿技术，减少了输入级采样开关非线性带来的失真。 文章强调了高增益运算放大器的重要性，特别是在信号带较窄的情况下，采用双级运算放大器结构，第一级采用共源共栅，第二级采用共源放大器，通过开关电容共模反馈电路来增强输出摆幅。整个设计过程注重了性能与功耗之间的平衡，旨在解决未来∑-ΔADC面临的高速、高精度和低功耗的综合挑战。