高精度Σ-ΔADC设计与性能分析：非理想因素影响与系统指标详解

本文主要讨论的是"过采样率ADC-ni-xnet数据配置说明"，特别是在高精度sigma-delta ADC（Σ-Δ模数转换器）的设计与实现方面。σ-ΔADC因其在高精度和低功耗方面的优势，成为现代模数转换器研究的焦点。然而，它面临的主要挑战是实现高速性能，这需要在高速、高精度和低功耗之间找到平衡。 ADC的系统性能由一系列关键指标决定，包括但不限于信噪比(SNR)、动态范围、无杂波动态范围、积分非线性和微分非线性等动态特性，以及信号与失真功率、量化噪声之比的SNDR（信号与噪声和失真功率之比）。对于阶数为L、过采样率为M、内嵌量化器位数为N的Σ-Δ调制器，其SNDR的计算公式给出，反映了设计中的重要因素。 模拟调制器是Σ-ΔADC的核心组成部分，设计时需要考虑非理想因素的影响，如运放的有限直流增益、带宽和摆率、输出摆幅限制、开关非线性、时钟抖动以及采样电容的热噪声。通过量化分析这些因素，可以为电路设计提供科学依据。本文采用2阶单环多位结构设计，结合优化的前馈和反馈系数，通过4位量化器来降低量化噪声。自举开关技术的应用则帮助减小输入级采样开关非线性带来的谐波失真，从而提升系统的动态性能。 为了追求高精度，设计中特别强调了运放的选择，采用两极运算放大器结构，其中一级为共源共栅，另一级为共源放大器，共模反馈电路采用了开关电容技术，以增强输出摆幅，这对于窄信号带的Σ-ΔADC来说至关重要。 本文详细介绍了过采样率ADC特别是σ-ΔADC的设计过程，包括性能指标的解析、模拟调制器的关键参数选择、非理想因素的处理以及电路实现策略，为高精度、高速度ADC的设计提供了深入的技术指导。