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高精度电子秤、工业过程控制、医疗器械、仪器仪表等需要精密测量场合中,采用Sigma-Delta ADC是一个不错的选择。Sigma-Delta ADC的特点是精度高,但是速度低。在一些兆赫兹信号带宽应用中,如无线通信系统,高精度ADC的需求在不断增加,采用传统的ADC已经无法满足高的精度。因此,针对这种需求,在不会牺牲很大精度的情况下,增加Sigma-Delta ADC的速度,具有重要意义。针对传统4阶前馈Sigma-Delta调制器模型在功耗和电路实现方面存在缺点,本文提出了改进型的4阶低失真、高精度Sigma-Delta调制器模型,并加以电路实现,以满足当前无线通信系统等应用在精度和速度上对ADC的需求。本文的主要研究内容如下:本文首先从Sigma-Delta调制器系统级建模仿真开始,利用MATLAB SIMULINK搭建了调制器的行为级模型。调节并合理设计每级积分器的增益大小,防止调制器系统出现过载情况。统计并分析每一级积分器的输出信号电压大小的分布,来确定积分器中运放所需要达到的输出摆幅。调节积分器时序,改变传统行为级模型,增加了模型中用于量化器和反馈DAC电路实现的时间,用于提高其线性度,解决了因其非线性引起Sigma-Delta调制器系统不稳定的问题。在行为级模型仿真过程中,加入开关的热噪声、运放的白噪声等非理想因素,进一步验证行为级模型可行性。其次,在行为级模型的基础上,采用SMIC 0.18?m工艺对所提出的4阶低失真、高精度Sigma-Delta调制器模型进行电路设计。在积分器电路实现过程中,根据每级积分器的特点,对其中的运放进行单独设计,在不影响整体性能的情况下,进一步降低功耗。在比较器设计过程中,采用低功耗、轨至轨设计,相比于传统的比较器,该比较器具有低电压、无静态功耗、全摆幅输入的特点。对整体电路进行瞬态仿真,利用MATLAB对仿真数据进行处理,从而确定整体电路性能达到行为级模型的指标。最后,在SMIC 0.18?m 1P6M CMOS工艺下,对所提出的4阶低失真高精度Sigma-Delta调制器进行电路设计,并完成相应的版图。在版图设计中,对部分MOS管,采用交叉匹配布局,提高匹配性。整个Sigma-Delta的版图面积为1000?m*800?m。在1.8V的电源电压和1.6V的参考电压下,当输入正弦信号频率947KHz和-6d BFS,采样频率为160MHz,过采样率为32倍,后仿真得到的信噪比(Signal Noise Rate,SNR)和有效位(Effective Number Of Bits,ENOB)分别为87.5d B和14.22bit,功耗为15.2 m W。仿真结果表明,该Sigma-Delta调制器非常适合无线通信中的应用,在精度和速度上优于其它Sigma-Delta调制器。