高精度ADC研究：ΣΔ模数转换器的模拟调制器设计与分析

"计算DC增益的等效小信号模型，主要应用于运放电路设计中，用于确定放大器的直流增益。在这个模型中，通常忽略掉只影响放大器频率响应的电容，以便更准确地计算运放的直流增益。如公式(4-1)所示，增益可以通过运放的开环增益、反馈系数等参数计算得出。这种等效电路模型对于分析和设计高精度模拟电路，特别是Σ-Δ模数转换器(Σ-Δ ADC)的模拟前端至关重要。 Σ-Δ ADC是一种广泛应用的高精度、低功耗模数转换技术。它通过过采样、噪声整形和数字滤波来提高精度，降低了对模拟电路复杂性的要求。尽管如此，Σ-Δ ADC在实现高速性能方面存在挑战，未来的发展趋势是寻求高速、高精度和低功耗的平衡。 Σ-Δ ADC的主要性能指标包括动态特性和静态特性。动态特性涉及信噪比(SNR)、动态范围(DR)和无杂波动态范围(ENOB)，这些参数直接影响到转换器的性能表现。静态特性则涵盖了积分非线性(INL)和微分非线性(DNL)，这些指标用于评估ADC的线性度。 Σ-Δ ADC的设计通常包含模拟调制器和数字滤波器两大部分。模拟调制器的设计是关键，其性能受到多种非理想因素的影响，如有限的直流增益、有限带宽和摆率、输出摆幅限制、开关非线性、时钟抖动和采样电容的热噪声等。这些因素都需要进行量化分析，以便在实际电路设计时进行补偿。 在具体的模拟调制器电路设计中，例如采用了2阶单环多位结构，配合优化的前馈和反馈系数，可以实现高精度的转换效果。为了减小量化噪声，常采用多比特量化器。此外，采用新型的时钟馈通补偿技术和自举开关可以降低采样开关非线性导致的谐波失真，从而提升系统的动态性能。在高精度Σ-Δ ADC中，运放的直流增益尤为关键，通常采用两级运算放大器结构，如共源共栅结构的第一级和共源放大器的第二级，以增加增益并扩大输出摆幅。运算放大器的共模反馈电路使用开关电容技术，有助于提高输出摆幅和整体性能。"