高精度ΣΔADC研究：模拟调制器设计与时钟仿真

"这篇博士学位论文详细探讨了高精度ΣΔ模数转换器（ΣΔ ADC）的研究与设计，重点在于模拟调制器和数字滤波器的设计，并涉及时钟仿真波形图及其对系统性能的影响。" 在现代电子系统中，ΣΔ ADC因其高精度和低功耗特性而备受关注。这种模数转换器利用过采样、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，使得实现高精度和低功耗成为可能。然而，ΣΔ ADC的高速性能是一个挑战，未来的研发趋势是寻求同时具备高速、高精度和低功耗的ΣΔ ADC。 ΣΔ ADC的性能评估主要基于一系列系统指标，包括动态特性（如信噪比、动态范围、无杂波动态范围）和静态特性（如积分非线性、微分非线性）。论文中详细阐述了这些指标，并通过图表进行直观展示。 在系统设计中，模拟调制器和数字滤波器是ΣΔ ADC的核心。论文采用Matlab软件进行建模和仿真，确定了调制器的阶数、前馈因子、反馈因子和积分器增益因子，以满足特定的过采样率、精度和动态性能要求。通过仿真预测了调制器的实际性能。 模拟调制器设计的关键在于考虑并量化各种非理想因素，如运算放大器的有限直流增益、带宽和摆率限制、输出摆幅约束、开关非线性、时钟抖动以及采样电容的热噪声。这些分析为后续的电路设计提供了理论基础。 论文提出了一种2阶单环多位ΣΔ ADC模拟调制器电路设计，采用优化的前馈和反馈系数，以提高精度。4位量化器的使用有助于减少量化噪声。为了改善动态性能，引入了新的时钟馈通补偿技术，通过自举开关降低了输入级采样开关非线性引起的谐波失真。设计中采用两级运算放大器结构，第一级为共源共栅结构，第二级为共源放大器，以增加增益。运算放大器的共模反馈电路采用开关电容设计，扩大了输出摆幅，这对于获得高精度ΣΔ ADC至关重要。 总结而言，这篇论文深入探讨了ΣΔ ADC的模拟调制器设计，包括非理想因素的影响和补偿策略，以及优化的电路结构，为实现高性能ΣΔ ADC提供了理论和技术支持。时钟仿真波形图的分析则进一步揭示了时钟信号对ΣΔ ADC性能的重要性。