西安电科大吴笑峰博士论文：高精度σ-δADC设计与高速性能挑战

本文主要探讨的是在oTA（Operational Transconductance Amplifier，运算放大器）内部偏置电路的配置以及在高精度sigma-delta ADC（Σ-Δ模数转换器）设计中的应用。首先，对于运放偏置电路，4.2.6节详细描述了一个高摆率共源共栅偏置电路，利用PMOS管来提高稳定性，因为它们在工艺变化中有更好的匹配和容差。第二级NMOS共源共栅管的内部偏置由图4.10所示的电路生成，确保了运放工作在最佳状态。 在4.2.7节中，通过仿真展示了设计的oTA的优秀性能，包括增益高达120dB，单位带宽128MHz，相位裕度760°，这些特性满足了设计目标。同时，小信号仿真波形图显示了良好的速度特性，如50MHz的摆率，证明了设计的高速能力。 sigma-delta ADC作为高精度和低功耗ADC的一种，被提到是当今研究的热点。它通过过采样、噪声整形和数字滤波技术，降低了对模拟电路的需求，但同时面临着兼顾高速、高精度和低功耗的挑战。文章指出，Σ-ΔADC的系统性能指标包括动态特性和静态特性，如信噪比、动态范围、无杂波动态范围、积分非线性、微分非线性等，这些都是评估ADC性能的关键参数。 在系统设计方面，文章深入研究了模拟调制器和数字滤波器的设计，利用Matlab进行建模和仿真，确定了调制器的阶数、反馈因子和积分器增益等因素。针对模拟调制器，作者强调了对非理想因素的量化分析，如运放的直流增益、带宽、摆率限制、开关非线性、时钟抖动和采样电容热噪声等，以确保设计的准确性。 本文的模拟调制器电路采用2阶单环多位结构，配合优化的反馈系数，实现了高精度的Σ-ΔADC。为减小量化噪声，采用了4位量化器，以及自举开关和新型时钟馈通补偿技术，改善了输入级的采样开关非线性问题，从而提升系统的动态性能。最后，设计中的高增益运放选择是保证高精度的重要因素，通过采用两级运算放大器结构，包括共源共栅和共源放大器，以及开关电容共模反馈电路，进一步增强了信号处理能力。 本文主要关注的是oTA偏置电路在σ-ΔADC中的应用，尤其是在系统性能优化和非理想因素处理方面的深入研究，以及具体电路设计的方法和技术选择。