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16b 480uW 0.35um音频Delta-Sigma ADC的设计

易锋  
【摘要】: 随着消费类电子市场的蓬勃发展,片上系统在手持音频设备和无线通信领域得到了广泛的应用。音频模数转换器作为模拟和数字信号之间的桥梁受到关注,其高精度低功耗成为设计重点。本文在透析音频Δ-ΣADC理论,现状以及发展趋势上,提出了高精度低功耗音频Δ-∑ADC设计方案,期待在500uW功耗下实现16bit转换精度。 针对设计目标,通过比较前馈结构,反馈结构的优缺点,从低功耗的角度选取了前馈结构为Δ-ΣADC的系统结构。在前馈结构中,为了进一步降低功耗,详尽分析了过采样率、系统阶数、量化位数等系统参数,提出了为系统所使用的低功耗实现结构。 通过使用MATLAB SIMULINK对Δ-ΣADC建立理想分析模型,确定了系统的时序。在非理想性因素中,通过分析采样电容的热噪声、运算跨导放大器OTA有限增益对传递函数的影响、OTA有限增益带宽积对信号建立误差的作用、OTA有限转换速率和MOS开关电荷注入等非线性因素对于Δ-ΣADC性能的影响,给出各设计指标参考值,给电路模块设计提供依据,包括OTA、共模反馈电路、离散比较器、时钟电路和小增益反馈电路等。 电路在TSMC CMOS 0.35um Mixed Signal工艺下通过Cadence Virtuoso设计完成。Δ-ΣADC转换输出数字信号,使用8192点进行FFT变换,得到其频谱特性。结果表明,最大信号噪声比达到了105dB,动态范围达到了106dB,系统总功耗为480uW。系统的品质因数FOM达到了4416μJ,实现了预期的目标。


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