Шумовые свойства и схемотехника сигма-дельта модуляторов прецизионных аналого-цифровых преобразователей

• Автор: Колесников, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание

1. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СИГМА-ДЕЛЬТА АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1. Возможности сигма-дельта аналого-цифровых преобразователей

прецизионной обработки сигналов

1.2. Принципы построения сигма-дельта преобразователей

1.3. Анализ работы сигма-дельта модулятора во временной области

1.4. Частотный спектр выходного сигнала сигма-дельта модулятора.

Свойства избыточной дискретизации

1.5. Анализ работы сигма-дельта модулятора в г-области, критерий

устойчивости

2. ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГМА-ДЕЛЬТА МОДУЛЯТОРОВ
2.1. Основные параметры сигма-дельта модулятора
2.2. Архитектура сигма-дельта модуляторов и шумовые передаточные
функции
2.3. Возможности равноволновых типов аппроксимации при построении
шумовой передаточной характеристики
2.4. Построение сигнальной передаточной характеристики
3. СХЕМОТЕХНИКА СИГМА-ДЕЛЬТА МОДУЛЯТОРА
3.1. Задачи проектирования субмикронных интегральных схем
3.2. Поведенческая модель сигма-дельта модулятора
3.3. Структурная схема сигма-дельта модулятора второго порядка с
однобитным квантователем
3.4. Схемотехника компонентов сигма-дельта модулятора
3.4.1. Усилители на МОП-транзисторах
3.4.2. Построение узлов компаратора

3.4.3. Цифро-аналоговый преобразователь
3.4.4. Основные структуры устройства выборки и хранения
3.4.5. Источник опорного напряжения
4. ХАРАКТЕРИСТИКИ БИКМОП УЗЛОВ МОДУЛЯТОРА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ БАЗИСЕ 0,35 МКМ
4.1. Компоненты сигма-дельта модулятора
4.1.1. Дифференциальный операционный усилитель
4.1.2. Стробируемый компаратор
4.1.3. КМОП устройство выборки и хранения
4.1.4. Источник опорного напряжения
4.1.5. Схема КМОП кварцевого генератора
4.1.6. Моделирование электрической схемы сигма-дельта модулятора
4.2. Особенности топологического решения
4.3. Результаты измерения экспериментальных образцов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ №
ПРИЛОЖЕНИЕ №

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Современные информационные технологии требуют непрерывного расширения функциональных возможностей электронных схем, что сопровождается ужесточением требований к их составляющим блокам и компонентам.
Преимущества цифровых методов обработки информации в настоящее время не нуждаются в доказательствах, а их реализация невозможна без высококачественных устройств, осуществляющих преобразование аналоговых сигналов в цифровые - аналого-цифровых преобразователей (АЦП). При этом аналого-цифровые преобразователи используются практически во всех устройствах обработки информации с цифровой элементной базой, находя широкое применение в различных областях современной науки и техники, а именно в измерительной аппаратуре, сигнальных процессорах, системах преобразования и отображения информации, системах управления технологическими процессами и т.д.
Одним из аспектов развития аналого-цифровых преобразователей в интегральном БиКМОП исполнении является широкое распространение микропроцессоров и цифровых методов обработки информации. Существующая потребность в микросхемах АЦП приводит к их производству и проектированию с новыми, более качественными характеристиками.
Сигма-дельта аналого-цифровые преобразователи в ряду прочих преобразователей занимают особое место, поскольку обладают исключительными свойствами, позволяющими обеспечивать точность преобразования выше 16 разрядов в условиях стандартных субмикронных технологий. Достоинствами сигма-дельта преобразователей являются низкая интегральная нелинейность, малый дрейф усиления, широкий динамический диапазон, программируемый баланс между скоростью и разрешением.

Рис. 15. Структурная схема модулятора второго порядка с передаточной

функцией ЫТГ(г) = (1-2 )
Эффект выравнивания передаточной функции шума достигается за счет введения в знаменатель N7/''(г) дополнительной функции 0(ф), которая должна представлять собой полином Л'-го порядка (ТУ- порядок сигма-дельта модулятора) [7].
Структура, реализующая такую функцию, с ее сигнальным графом приведена на рис. 16. Выведем выражение ШПХ для структуры сигма-дельта модулятора второго порядка (рис. 15а). Представим электрическую схему в виде сигнального графа (рис. 156) и определим передачу С45:

С45 = Л/Г^(х) =
(и — I)2
(2-І)
22-(2-а1с1С2-а2с2)2+(1-а2с2)'
(2.13)
а) б)
Рис. 16. Структурная схема модулятора второго порядка (а) и ее сигнальный граф (б)