高精度sigma-delta ADC研究：模拟调制器与噪声整形

"高精度sigma-delta ADC的研究与设计 - 吴笑峰 博士学位论文" 本文详细探讨了高精度sigma-delta模数转换器（Σ-Δ ADC）的理论与设计，着重强调了其在现代电子设备中的重要地位。Σ-Δ ADC以其独特的过采样、噪声整形和数字滤波技术，能够实现高精度和低功耗，但同时也面临着高速性能的挑战。 在Σ-Δ ADC的性能指标方面，文章提到了动态特性和静态特性。动态特性包括信噪比（SNR）、动态范围（DR）和无杂波动态范围等，这些都是衡量ADC性能的关键参数。静态特性则涉及积分非线性（INL）和微分非线性（DNL），这些指标直接影响到转换结果的准确度。作者通过图表直观展示了这些性能指标。 在系统设计层面，Σ-Δ ADC由模拟调制器和数字滤波器两大部分构成。通过Matlab软件进行建模和仿真，作者提出了一套完整的设计流程，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。 模拟调制器设计是关键环节，其中的非理想因素如运算放大器的有限直流增益、带宽、摆率、输出摆幅限制、开关非线性、时钟抖动和采样电容热噪声等都会显著影响Σ-Δ调制器的性能。论文对这些非理想因素进行了量化分析，为后续的电路设计提供了理论基础。 在电路级设计上，采用了2阶单环多位结构的模拟调制器，配合优化的前馈和反馈系数，以实现高精度的ADC系统。为了降低量化噪声，选择了4位量化器。同时，利用新型时钟馈通补偿技术的自举开关减少了采样开关非线性导致的谐波失真，从而提升了系统的动态性能。考虑到设计的Σ-Δ ADC信号带较窄，高增益的运算放大器成为确保高精度的关键，因此采用了两级运算放大器结构，第一级为共源共栅，第二级为共源放大器，共模反馈电路采用开关电容设计，以增大输出摆幅。 该博士学位论文深入研究了Σ-Δ ADC的设计原理和技术，对于理解和改进这类高精度、低功耗的模数转换器具有重要参考价值。