文档介绍：江南大学
硕士学位论文
用于电表计量芯片的Sigma Delta调制器的研究与设计
姓名:林武平
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:郭良权
20090801
摘要随着社会的进步与发展,具有高精度、低功耗及网络功能的电子式电能表已被广泛使用。在电子式电能表中,电能计量芯片是核心部分。目前大部分的电能计量芯片都采用甦魑<屏啃酒哪J;黄鳌霉裳际鹾驮声整形技术,有效的抑制了信号带内的量化噪声,提高了信噪比。与传统的换器相比,降低对模拟电路部分的要求,简化了模拟电路的设计,降低生产成本。本文设计了适用于电表计量芯片的髦破鳎捎倍的过采样率,信号带宽为,具有,达到了位精度。本文首先分析了各种模数转换器的性能特点,在比较各种结构的基础上选择了适合本文的魑5能计量芯片的模数转换器。本文在分析了髦破鞯墓ぷ髟砘∩希冉了传统的反馈式调制器跟前馈式结构的性能特点。基于比较分析结果,本文选择了较为先进的基于环路滤波方式的两阶前馈式结构作为本文调制器的结构。与传统的反馈式结构相比该前馈式结构具有以下优点:一、其信号传递函数,因此,能降低积分器非理想因素引起的谐波失真,提高信噪比。二、能减小调制器的内部节点的电压摆幅,从而使得系统更加稳定。本文通过使用对该调制器进行了行为级的设计,并完成了系统结构的设计。在电路级设计过程中,本文把调制器电路按照其功能可以分为采样电路、运算放大器、比较器、两相互不交叠时钟电路及基准源等几大模块,对各个模块按照系统的要求分别对其进行了设计。同时基于工艺模型,通过软件对各个电路模块进行模拟仿真,并最终完成了各个模块的设计。,;而比较器具有在下具有的分辨度,,温度系数最小可达。最后采用进行整体电路的仿真,仿真结果表明该调制器,达到了位精度的要求。通过对流片结果进行测试,测试结果表明该调制器电路达到了设计的要求,具备了一定的实用价值。关键词:模数转换器,过采样,猟调制器,动态比较器/
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第一章绪论课题的背景及意义;黄鞴谕夥⒄瓜肿醇胺⒄骨魇社会的进步及科学技术的发展促进了电能表的改革,老式的机械式电能表由于存在精度低、不支持电子通信等一系列不足已经不能满足现代的需求,这使得新式的电子式电能表逐渐成为主流。相比于机械式电能表,电子式电能表具有更高的精度、更低功耗、更出色的可靠性等优点【。同时电子式电能表还具有提供电子通信梢允迪肿远和电力网控制⒍喾崖始扑恪⒎狼缘纭⒅С衷じ斗严低澈褪迪稚璞腹募嗫氐裙δ堋电子式电能表取代传统机械式电能表将是发展的必然而在整个数字电子电能表中计量芯片是核心,它将对电路的能耗进行精确测定并输出【俊S捎谑窒低尘哂懈呶榷ㄐ浴⒏呖煽啃浴⒏咚俚凸牡纫幌盗杏诺悖壳跋冉计量芯片都采用先将模拟电能信号转换成数字信号后再进行计量处理。这就需要使用模数转换器/;鞯淖饔檬墙谑庇蚝头壬隙剂哪D庑藕抛1湮J域上离散,幅度上量化的等效数字信号,它是连接模拟世界跟数字世界的桥梁【。目前有多种类型的模数转换器,传统的转换器有并行比较⒒中虯及逐次逼近取K孀盼颐嵌宰;黄饕G蟮牟欢咸岣撸捎谀D獾缏繁旧泶嬖诘囊幌盗工艺条件制约,这将使得传统的转换器难以达到高精度、低成本的要求俊S氪匙;器不同,猟型饕S闪酱蟛糠止钩桑髦破骷笆致瞬ㄆ鳌K捎昧斯采样、数字抽取滤波及噪声整形等技术,将模拟电路与数字滤波相结合,大大降低了对模拟电路模块的要求。因此芤越系偷某杀臼迪旨ǜ叩木ǘ取4又圃阅D獾缏返囊G蠼档停沟煤苋菀子胧窒低臣桑以获得最优的速度、分辨率、集成度及成本的组合,这符合目前大规模集成电路设计的发展趋势。这使得逐渐发展成为模数转换器的主流产品,在电表计量芯片中目前普遍都采用这种新型结构作为模数转换器【