硕 士 学 位 论 文应 用 于 无 线 通 讯 中 的 12 位 连 续 时 间 Sigma-Delta ADC 设 计DESIGN OF 12 BITS CONTINUOUS TIMESIGMA-DELTA ADC USING IN WIRELESSCOMMUNICATION胡 强哈 尔 滨 工 业 大 学2009 年 6 月国 内 图 书 分 类 号 ： TN47 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 621.3.049.774 密 级 ： 公 开工 学 硕 士 学 位 论 文应 用 于 无 线 通 讯 中 的 12 位 连 续 时 间Sigma-Delta ADC 设 计硕 士 研 究 生 ： 胡 强导 师 ： 来 逢 昌 副 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学 科 ： 微 电 子 学 与 固 体 电 子 学所 在 单 位 ： 航 天 学 院答 辩 日 期 ： 2009 年 6 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TN47U.D.C.: 621.3.049.774Dissertation for the Masters Degree of EngineeringDESIGN OF 12 BITS CONTINUOUS TIME SIGMA-DELTA ADC USING IN WIRELESSCOMMUNICATIONCandidate： Qiang HuSupervisor： Prof. Fengchang LaiAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality： Microelectronics and Solid-StateElectronicsAffiliation： School of AstronauticsDate of Defence： June, 2009Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文摘 要随 着 无 线 通 讯 技 术 的 发 展 ， 人 们 将 更 多 的 注 意 力 转 向 连 续 时 间 Sigma-Delta 模 数 转 换 器 。 连 续 时 间 结 构 的 Sigma-Delta 调 制 器 相 对 于 离 散 时 间 结 构的 Sigma-Delta 调 制 器 ， 具 有 结 构 精 简 ， 尺 寸 小 ， 功 耗 低 ， 速 度 高 ， 带 宽 宽等 特 性 ， 特 别 适 合 应 用 于 通 讯 系 统 ， 是 目 前 国 内 外 模 数 转 换 器 的 研 究 热 点 之一 。 本 文 基 于 chart0.35m CMOS 工 艺 设 计 了 一 个 应 用 于 无 线 通 讯 系 统 中 的12 位 低 通 连 续 时 间 Sigma-Delta ADC， 带 宽 1.92MHz。连 续 时 间 Sigma-Delta ADC 共 分 为 两 部 分 ， 调 制 器 和 数 字 滤 波 器 。 本 文中 调 制 器 采 用 了 单 环 三 阶 连 续 时 间 结 构 ， 根 据 系 统 信 噪 比 和 功 耗 考 虑 ， 过 采样 率 选 为 16， 这 样 在 达 到 系 统 信 噪 比 前 提 下 ， 功 耗 较 低 ， 同 时 过 采 样 率 选 为2 的 指 数 幂 ， 也 可 以 降 低 数 字 滤 波 器 设 计 难 度 。 在 调 制 器 电 路 实 现 方 面 ， 本文 设 计 了 一 种 高 增 益 低 噪 声 两 级 运 算 放 大 器 ， 有 效 减 小 了 运 算 放 大 器 非 理 想性 对 积 分 器 的 影 响 。 为 了 减 小 反 馈 DAC 对 系 统 的 影 响 ， 本 文 特 别 设 计 了 一种 采 用 模 拟 校 正 与 数 字 加 权 平 均 混 合 优 化 方 法 的 反 馈 DAC， 有 效 地 提 高 了 系统 信 噪 比 。 同 时 本 文 还 设 计 了 一 种 预 放 大 锁 存 的 比 较 器 构 成 Flash ADC 型 量化 器 ， 在 保 持 较 大 频 率 的 同 时 ， 减 小 系 统 功 耗 。 本 文 中 的 数 字 滤 波 器 采 用 了三 级 级 联 的 方 式 ， 减 小 数 字 滤 波 器 硬 件 消 耗 。 降 频 滤 波 器 采 用 了 积 分 梳 状 级联 (CIC)滤 波 器 、 半 带 滤 波 器 和 补 偿 滤 波 器 级 联 实 现 。 最 后 对 滤 波 器 进 行 了 行为 级 仿 真 ， 仿 真 表 明 ， 降 频 滤 波 器 能 达 到 78dB 信 噪 比 和 1.92MHz 带 宽 要求 。关 键 词 ： 模 数 转 换 器 ； 降 频 滤 波 器 ； 连 续 时 间 Sigma-Delta 调 制 器 ； 反 馈DACI哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文AbstractWith the development of the wireless communication, people pay more andmore attention to the continuous Sigma-Delta analog to digital conversion.Compared with the discrete time Sigma-Delta modulator, the continuous timeSigma-Delta modulator has the character of simple structure, small size, lowpower dissipation, wide bandwidth. It is very suit for the communication systemand it is very popular in the research of analog to digital conversion. This paperpresented a 12 bit continuous time Sigma-Delta analog to digital conversion forwireless communication bashed on chart 0.35m CMOS process, and the ADCsbandwidth is 1.92MHz.The continuous time Sigma-Delta ADC is consist of modulator and decimation.The continuous time modulator in this paper was adopted single loop third orderstructure. The over sampling ratio (OSR) was choose 16 because of the signal andnoise ratio (SNR) and power dissipation. And it choose the OSR 16 can ease thedifficulty of design of the decimation. In the schematic of modulator, this papergives a high gain and low noise two-stage Opamps. The high gain and low noiseOpamps can alleviate the nonideal of integrator. This paper presented a feedbackDAC which was adopted analog error cancellation and digital weigh average,specially. The feedback DAC improved SNR of the modulator. And this paperpresented a Flash ADC composed of pre-amplify and latch comparator. The FlashADC can work in high clock frequency with low power dissipation. Thedecimation in this paper was adopted the three order cascade structure forreducing the power dissipation of the decimation. Based the theory of decimation,the decimation was implemented by cascaded of CIC filter, half band filter andcompensate filter. Lastly, simulation of decimation showed that it can achieve78dB SNR and 1.92MHz bandwidth.Keywords: ADC; Decimation; Continuous time Sigma-Delta modulator;Feedback DAC;II哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文目 录摘 要 . IAbstract . II第 1 章 绪 论 . 11.1 课 题 背 景 . 11.2 研 究 现 状 与 进 展 . 31.3 课 题 的 来 源 及 研 究 内 容 . 41.4 论 文 的 组 织 结 构 . 4第 2