运放共享结构Sigma-Delta模数转换器设计

“CIFF结构Sigma-Delta模数转换器设计，杜斌，王颖，针对音频信号的模数转换应用，设计了一种运放共享结构的Sigma-Delta模数转换器，通过引入特殊的工作时序，使运放在一个周期内复用，节省功耗；通过分级实现数字降采样滤波器，减少滤波器实现的复杂度、面积和功耗。” 这篇论文主要探讨了在微电子学与固体电子学领域中，一种新型的CIFF（Continuous-time Interpolating Feedforward，连续时间插值前馈）结构的Sigma-Delta模数转换器（ADC）设计，特别适用于音频信号的模数转换。 Sigma-Delta ADCs因其高分辨率和低噪声性能，在许多应用中被广泛采用，尤其是在音频系统中。 作者杜斌和王颖提出了一种创新的设计策略，即运放共享结构。在传统的Sigma-Delta ADC中，每个采样周期通常需要独立的运算放大器（Op Amp）操作，这会增加系统的功耗。在他们的设计中，通过引入特殊的工作时序，运放可以在一个周期内复用，显著降低了功耗。这种运放效率的提升对于便携式和电池供电的设备尤其重要，因为它能延长设备的运行时间。 此外，论文还关注了数字降采样滤波器的设计优化。数字降采样滤波器是Sigma-Delta ADC后处理的关键部分，用于降低数据速率并去除不必要的高频噪声。论文中提到，通过分级实现滤波器，包括CIC（积分梳状滤波器）、CIC补偿滤波器和半带滤波器，可以有效地减少滤波器的复杂性、占用的硬件面积以及功耗。这样的优化不仅简化了设计，也提高了系统的整体性能。 仿真结果显示，该Sigma-Delta ADC在应用有源加法器时，其信噪失真比（SNDR）达到了95.8dB，功耗为22.3mW；而应用无源加法器时，SNDR为92.8dB，功耗降至16.96mW。这表明设计在保持高性能的同时，具有良好的功率效率。数字降采样滤波器的性能也得到了验证，其通带纹波小于0.02dB，阻带衰减大于120dB，显示了良好的频率响应特性。 关键词涉及到的“微电子学与固体电子学”是指该设计的领域背景，而“Sigma-Delta调制器”和“数字降采样滤波器”是研究的核心技术。通过这些技术，论文为高精度、低功耗的音频ADC设计提供了新的解决方案。 这篇论文对微电子学领域的工程师和研究人员提供了关于如何设计高效、低功耗且高性能的Sigma-Delta ADC的重要参考，特别是在音频信号处理的应用场景中。