高精度△∑調(diào)制器的高性能優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

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

2、研究與發(fā)展了其優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。
　　 1、針對便攜式測量領(lǐng)域的需求，分別對高階單比特和多比特調(diào)制器結(jié)構(gòu)的高精度、低壓低功耗設(shè)計技術(shù)展開了研究。為適應(yīng)低壓低功耗設(shè)計要求，單比特調(diào)制器采用了單環(huán)全差分前饋結(jié)構(gòu)，并結(jié)合以下技術(shù)進行優(yōu)化：(1)使用全面、精確的系統(tǒng)建模設(shè)計與分析方法選取最優(yōu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(2)提出一種新穎的低壓低功耗運算跨導放大器(OperationalTransconductance Amplifier，OTA)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)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(shù)來降低帶內(nèi)量化噪聲能量。
　　 在上述工作基礎(chǔ)上，開展了多比特結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)化研究，提出若干具有創(chuàng)新性的技術(shù)措施：(1)首次采用MBSO(Multi-Bit Switched-Opamp)技術(shù)來實現(xiàn)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(jié)構(gòu)；(3)給出適用于SO技術(shù)的超

4、低功耗、微型化Resonator技術(shù)，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比可節(jié)省75％功耗和70％面積。
　　 以上調(diào)制器都采用0.35μm CMOS工藝實現(xiàn)，信號帶寬1KHz。測試結(jié)果表明單比特結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在1.8V電壓下，其DR有88dB，功耗僅為9μW。
　　 2、為了實現(xiàn)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(diào)制

5、器的超低功耗、微型化設(shè)計技術(shù)展開研究。針對上述MBSO調(diào)制器存在的不足之處提出了相應(yīng)的改進：(1)重新優(yōu)化系統(tǒng)系數(shù)并合理安排關(guān)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(shè)計技術(shù)來實現(xiàn)微型化目標；(3)提出一種新電路偏置技術(shù)來進一步優(yōu)化SO的功耗；(4)介紹一種基于MOSCAP-String設(shè)計的微型化、超低功耗量化器結(jié)構(gòu)。
　　 所設(shè)計的調(diào)制器在0.18μm CMOS工藝下設(shè)計與實現(xiàn)，測試結(jié)果表明，在1V工作

6、電壓下調(diào)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(chǎn)品的保真度，克服目前高精度音頻調(diào)制器功耗大的缺點，論文進一步對高精度音頻調(diào)制器的低失真、超低功耗關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)展開研究。與植入式MBSO調(diào)制器相比，在前饋部分采用了兩步相加技術(shù)來優(yōu)化功耗。此外，提出一種新穎的低失真雙向選擇(Dual-C