四阶带通ΣΔ调制器的建模与稳定性研究：0.18μm工艺下的仿真验证

中频带通ΣΔ调制器是现代数字通信系统中至关重要的组件，它在数字中频接收机中扮演核心角色。本文主要探讨了一种基于双采样技术的低失真四阶带通ΣΔ调制器的设计与建模。首先，作者对调制器的关键非理想特性进行了深入分析。 模拟开关的热噪声和非线性特性是影响输出信号质量的重要因素。通过公式展示了开关噪声功率与导通电阻、温度和采样电容的关系。此外，运放的热噪声作为系统的主要噪声源，在中频应用中虽然不必过多考虑1/f噪声，但仍需考虑其基本的噪声模型。 谐振器的非理想性，如运放的直流增益限制、增益带宽以及寄生电容，通过一个数学模型来表达。这些因素共同构成了调制器的非线性传输特性，对系统性能有显著影响。 作者构建了一个包括量化器失调和死区特性的行为级模型，精确模拟了调制器在给定条件下的工作状态，例如采样频率为80MHz，输入信号频率为20MHz，信号幅度为-0.915dBFS时，达到了91.7dB的信噪比。这表明模型具有很高的准确性，能为后续电路设计提供有效的指导。 稳定性是设计高阶ΣΔ调制器时必须关注的问题。由于调制器的非线性特性，特别是在低过采样率下，随着阶数的增加，SNR虽然提高，但系统的稳定性可能会下降。文章通过准线性调制器模型展示了这种非线性特性对系统稳定性的潜在挑战。 通过对这些关键特性及其影响的深入理解和建模，研究人员能够优化设计，确保中频带通ΣΔ调制器在实际应用中既能保持高效低失真，又能保证系统的稳定性。这对于提升无线通信系统的性能和降低功耗具有重要意义。