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Sigma-Delta调制器的高效仿真技术

何进  
【摘要】:集成电路设计中,Sigma-Delta调制器广泛应用于高精度模数转换领域。由于这种电路结构与工作上的特点,其仿真分析存在特殊的困难,通常的电路仿真技术难以满足高精度和高效率的要求。为了获得调制器的性能参数,比如信噪比,仿真过程需要遍历上万甚至更多的采样周期,对结构复杂的调制器,需要花费数个小时甚至几天的时间。仿真是设计集成电路的主要手段,上述困难给设计高性能的Sigma-Delta转换器带来了很大问题。 本文是对Sigma-Delta调制器的高效仿真技术的研究。首先简要介绍了Sigma-Delta转换器的结构与工作原理,综述了目前常用的Sigma-Delta调制器仿真技术。常见Sigma-Delta调制器的仿真分为三个层次:高层次的行为仿真,中间层次的等效电路仿真和底层次的晶体管级仿真,论文介绍了各层次仿真的基本原理,对各自的特点做了对比分析。等效电路级的仿真能在精度、速度之间获得较好的平衡,论文的主要工作是在等效电路级的仿真中,提出了一种考虑非线性效应的抽样数据仿真算法,在线性抽样数据分析算法的基础上,通过波形迭代考虑非线性元件的影响,使仿真结果的精度有了明显改善,达到了以较小的计算代价,获得较高计算精度的目的。详细介绍了算法原理,包括电路的描述、迭代过程、及用数值拉普拉斯反变换求解线性电路的方法。 采用上述方法,对不同电路进行了仿真。包括连续的Sigma-Delta调试器,开关电容积分器和开关电容Sigma-Delta调制器。给出了实验的数值和图形结果,同时和常用的仿真工具SPICE进行了对比,通过这些实例证明了该方法的有效性。


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