文档介绍：复旦大学
博士学位论文
用于射频基带处理ΣΔ调制器的设计与研究
姓名:邹睿
申请学位级别:博士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:洪志良
20051008
摘要模数转换器采用过采样、噪声整形以及数字滤波技术,降低了对元器件匹配精度的要求,能够实现传统奈奎斯特率模数转换器达不到的精度,是目前实现高精度模数转换器的主流技术,在仪器仪表测量、数字音频、、以及射频接收机等领域有着广泛的应用前景。本论文系统地研究了调制器的各种体系结构,根据功耗、稳定性以及电路实现等方面综合考虑,调制器采用级联结构,过采样比为,并通过行为级仿真确定了积分器的增益衰减因子及级问耦合系数。分析了实际电路的各项非理想因素以及噪声特性对调制器性能的影响,并通过计入积分器的非理想特性对调制器传输函数的影响导出系统对各个模块电路性能参数的要求。针对蓝牙基带处理,采用栅压自举的采样开关、增益自举运放组成的全差分开关电容电路实现位∑△调制器。同时使用不同的输入、输出共模电压的方法来提高调制器的动态范围。芯片采用中芯国际单层多晶、六层金属、容的工艺实现,电源电压裳敝游,#绷餍藕攀淙胧痹;凰俾氏露段Э梢源锏奈另外,论文还分析了全差分两级运算跨导放大器牧慵ǖ分布以及建立特性,设计出一个优化程序,找到最佳的阻尼因子和自然频率使建立时间最小以满足调制器的要求。最后,对所做的工作进行了总结,并对将来的工作提出了展望。关键词:射频接收机,蓝牙基带,模数转换器,调制器,级联结构,开关电容电路,两级鲆孀跃僭朔牛ぱ棺跃倏9中图分类号:复旦大学博士学位论文●
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一研究背景及意义模拟输入翦置羝模曩转数字信号处理采样保致摸转平滑遁滤波持电路换器滤渡辕出自然界中的各种物理量,例如光、电、声、振动、压力、温度等表现为在时间域上连续变化的模拟信号。在科学研究和工程技术的各个领域往往需要对这些信号进行检测、变换、滤波、传输、显示等加工处理。这种处理以往都采用模拟信号处理电路与系统实现。随着大规模集成电路、数字信号处理和计算机技术的发展,数字系统得到了飞速发展。由于数字系统具有抗干扰能力强、便于传输、可靠性高以及体积小、功耗少、成本低等优点,使得模拟信号越来越多地采用数字系统进行处理。数字系统只能处理数字信号,为了能利用数字系统处理模拟信号,首先必须把模拟信号转换成数字信号,】。输入的模拟信号经过前置滤波、采样保持电路后,送给模数转换器转换成数字信号,经过计算机或数字信号处理设备处理,最后把处理后的数字信号通过数模转换器;怀赡D庑藕攀涑觥?梢钥闯觯J;黄饔胧W;黄魇橇O的D和数字的桥梁,对整个系统的性能起着关键的作用。近年来,模数转换器也被越来越多地应用于无线数字通信系统。其中,在射频接收机中的应用最为典型。图是零中频接收机结构框图【,其结构较传统超外差接收机简单许多。天线接收到的射频信号经滤波器和低噪声放大器放大后,与互为正交的两路本振信号混频,分别产生同相和正交两路基带信号。由于本振信号频率与射频信号频率相同,因此混频后直接产生基带信号,而信道选择、增益调整和模数转换在基带上进行,由芯片上的低通滤波器⒖杀增益放大器湍J;黄魍瓿伞S氪吵獠罱邮栈啾龋环矫娼峁辜图模拟信号数字处理系统框图●.
单,便于集成;另一方面,具有更低的功耗,这对于靠电池供电的便携式电子设备是至关重要的。传统的模数转换器是奈奎斯特率转换器,主要由模拟电路构成。在这种电路中,元器件的匹配误差大小决定了该模数转换器所能达到的精度,要达到位以上的精度,必须采用数字校正电路或激光修正工艺。综合考虑各种因素,使得实现高精度的奈奎斯特率模数转换器存在相当的困难。而同时,人们对信号处理系统提出了更高的要求,比如希望有更高的精度、速度以及更低的成本、功耗,采用标准的数字工艺实现整个信号处理系统,可以提高整个系统的可靠性、集成度,从而降低成本。相对于传统的模数转换器,∑△模数转换器采用过采样、噪声整形以及数字滤波技术,降低了对元器件匹配精度的要求,能够实现传统奈奎斯特率模数转换器达不到的精度,广泛应用于中低速、高精度的仪器仪表测量、数字音频、等领域,如文献【恐械带宽、位精度的音频∑△模数转换器。随着无线移动通信设备和宽带的高速发展,对重量轻、体积小、功耗低、成本低的接收机的需求也迅速增加,提高射频接收机的集成度是满足上述需求的重要途径2捎肅ひ眨跎倨庠<奔嫒荻嘀滞ㄐ判榈射频接收机成为研究的热点。零中频接收机将信道选择滤波从模拟域移到数字域基带,通过数字滤波器来实现,大大降低设计难度。但接收机需要一个高速、高精度模数转换