硅陀螺用16位200KHz前饋求和式Sigma Delta ADC設(shè)計.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、由于在軍事以及民用領(lǐng)域上的巨大應(yīng)用潛力,硅微機械陀螺已經(jīng)成為目前MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)領(lǐng)域里最熱門的研究方向,因此相應(yīng)的硅陀螺接口電路研究也在國內(nèi)外成為研究熱點。如今,對于硅陀螺的集成化,數(shù)字化,智能化已經(jīng)成為未來研究的重點方向,所以對于用于硅陀螺接口電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的研究成為了研究的重點,因此對于開展用于硅陀螺接口電路中的Sigma Delta ADC的研究有著十分重要的研究意

2、義以及應(yīng)用前景。
  針對硅陀螺接口電路的特點,本課題根據(jù)調(diào)制器的設(shè)計要求,仔細分析了Sigma-Delta調(diào)制器的結(jié)構(gòu)并進行了比較和優(yōu)化,據(jù)此設(shè)計了三階三位量化前饋求和調(diào)制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(CRFF結(jié)構(gòu)),然后在Matlab中對調(diào)制器系統(tǒng)的理想模型進行了仿真。此外重點進行了調(diào)制器系統(tǒng)中非線性因素的分析及建模,介紹了多位量化結(jié)構(gòu)中采用的數(shù)據(jù)加權(quán)平均(DWA)技術(shù)并且對其進行了系統(tǒng)級建模,對系統(tǒng)進行了非理想建模并仿真。基于所設(shè)計的系統(tǒng)級

3、模型,進行了全差分的調(diào)制器電路級設(shè)計,完成了各模塊電路的設(shè)計,并在Cadence對電路進行了晶體管級仿真。
  在系統(tǒng)級設(shè)計中,本課題采用了前饋求和以及多位量化結(jié)構(gòu),以減小各積分器的輸出,降低調(diào)制器的噪聲,而且使得系統(tǒng)容易穩(wěn)定。并采用了局部反饋進行零點優(yōu)化,提高調(diào)制器對信號帶寬內(nèi)噪聲的整形能力。本課題采用的是單環(huán)三階三位量化結(jié)構(gòu),過采樣率為64,信號帶寬為200KHz,采樣時鐘頻率為25.6MHz。經(jīng)過Matlab的Simulin

4、k仿真,理想模型得到信噪比為125dB,有效位數(shù)為20.48位。通過建立的調(diào)制器非線性因素模型,對非線性系統(tǒng)得到的Simulink仿真結(jié)果為信噪比為104dB,有效位數(shù)為16.98位。
  為了減小調(diào)制器的諧波失真,晶體管級電路采用了全差分開關(guān)電容電路來實現(xiàn)。對各級積分器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,為了減少閃爍噪聲的影響,積分器采用了相關(guān)雙采樣(CDS)技術(shù),并對局部反饋電路進行了改進設(shè)計。設(shè)計了高壓擺率、高帶寬的全差分運放,采用開關(guān)電

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