高精度△∑調制器的高性能優(yōu)化技術研究.pdf

1、作為一種高精度模數轉換器結構，△∑模數轉換器(Analog-to-Digital Conveaer，ADC)在迅速發(fā)展的現代便攜式電子產品中獲得了廣泛的應用。為了在性能提升和功能增多的同時滿足對產品續(xù)航能力增長的需求和確保產品的可靠性，對其進行低壓低功耗設計是十分必要的，且一直也是學術界和工業(yè)界所關注的熱點話題。
　　 △∑ ADC通常包含模擬調制器和數字降采樣濾波器兩部分，論文針對若干不同應用領域中高精度△∑調制器的性能要求，

2、研究與發(fā)展了其優(yōu)化設計技術。
　　 1、針對便攜式測量領域的需求，分別對高階單比特和多比特調制器結構的高精度、低壓低功耗設計技術展開了研究。為適應低壓低功耗設計要求，單比特調制器采用了單環(huán)全差分前饋結構，并結合以下技術進行優(yōu)化：(1)使用全面、精確的系統(tǒng)建模設計與分析方法選取最優(yōu)系統(tǒng)結構；(2)提出一種新穎的低壓低功耗運算跨導放大器(OperationalTransconductance Amplifier，OTA)結構及相應的

3、高性能共模反饋(Commmon ModeFeedback，CMFB)電路來優(yōu)化核心電路功耗；(3)運用一種功耗和面積優(yōu)化的Resonator技術來降低帶內量化噪聲能量。
　　 在上述工作基礎上，開展了多比特結構的性能優(yōu)化研究，提出若干具有創(chuàng)新性的技術措施：(1)首次采用MBSO(Multi-Bit Switched-Opamp)技術來實現精度與功耗的最佳化；(2)提出一種新穎的高效率、低功耗SO結構；(3)給出適用于SO技術的超

4、低功耗、微型化Resonator技術，與傳統(tǒng)結構相比可節(jié)省75％功耗和70％面積。
　　 以上調制器都采用0.35μm CMOS工藝實現，信號帶寬1KHz。測試結果表明單比特結構在1.5V電壓下，其動態(tài)范圍(Dynamic Range，DR)達到了95dB，功耗為20μW；而多比特結構在1.8V電壓下，其DR有88dB，功耗僅為9μW。
　　 2、為了實現植入式電子系統(tǒng)精確記錄全頻帶微弱生物電信號，論文對高精度植入式調制

5、器的超低功耗、微型化設計技術展開研究。針對上述MBSO調制器存在的不足之處提出了相應的改進：(1)重新優(yōu)化系統(tǒng)系數并合理安排關鍵模塊工作時序，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性：(2)采用高密度MOSCAP設計技術來實現微型化目標；(3)提出一種新電路偏置技術來進一步優(yōu)化SO的功耗；(4)介紹一種基于MOSCAP-String設計的微型化、超低功耗量化器結構。
　　 所設計的調制器在0.18μm CMOS工藝下設計與實現，測試結果表明，在1V工作

6、電壓下調制器具有85dB信號噪聲失真比(Signal-to-Noise and Distortion Ratio，SNDR)的和10KHz信號帶寬，其功耗僅為13μW。
　　 3、為了確保音頻電子產品的保真度，克服目前高精度音頻調制器功耗大的缺點，論文進一步對高精度音頻調制器的低失真、超低功耗關鍵設計技術展開研究。與植入式MBSO調制器相比，在前饋部分采用了兩步相加技術來優(yōu)化功耗。此外，提出一種新穎的低失真雙向選擇(Dual-C