高精度Δ-Σ转换芯片的设计
近年来随着大规模集成电路、数字信号处理技术和计算机技术的发展，Δ-Σ模数转换器被广泛应用于传感测量、音频调制、能量监视和马达控制等多个领域。 本文旨在对高精度Δ-ΣADC芯片进行设计研究，该芯片通过改用轨对轨折叠式共源共栅运算放大器作为Δ-Σ调制器的积分器，增大了Δ-Σ调制器的动态输入范围;利用正反馈锁存比较器，提高了转换速度。在0.5um的CMOS工艺下，集成Δ-ΣADC、温度传感和计数器等模块，并进行温度传感测量，测量结果表明，其精度可达到0.1℃。就此，本论文主要开展了以下研究工作: 在对一阶Δ-Σ调制器原理深入解析的基础上，得到Δ-ΣADC的动态输入范围的计算方法，利用Matlab simulink建立了二阶Δ-Σ调制器系统模型，对调制器电路进行仿真和参数优化，对其性能进行了有效评估。 改进使用轨对轨折叠式共源共栅运算放大器作为调制器的积分器，增大了调制器的动态输入范围;设计的高速比较器，将NMOS负载管交叉耦合从放大器输出端引入正反馈，提高了转换速度。 采用自偏置的共源共栅结构，设计了低温度系数的带隙基准。通过CMOS互补型开关的优化和非重叠时钟的使用，减小了电荷注入所引起的采样误差，提高了积分器的转换精度。 利用Cadence的Virtoso Layout Editor工具对芯片进行版图设计，通过了基本的版图验证;介绍了芯片封装技术的发展及工艺流程，选用了小体积的SOP-8封装，以低成本实现了高精度的温度检测，解决了传统的温度传感芯片价格和性能的矛盾;并进行样片的生产、封装和测试。 研究对比了各种A/D转换技术，完成了14bit二阶Δ-Σ调制器的设计。其采样时钟为0.4MHz，过采样率为256，信噪比达到82dB，仿真分辨率为0.0305℃;对样片测试，从测试结果看，该芯片在-50℃～150℃的工作范围内，具有很好的线性度，其精度可以达到0.1℃。 Δ-Σ转换芯片以其噪声小、抗干扰能力强、分辨率高、线性度好、成本低等优点得到广泛应用，从传感测量到音频、视频，目前仍具有广阔的应用前景。
Δ-Σ模数转换器;芯片设计;温度传感;CMOS工艺;计数器;正反馈锁存比较器
厦门大学
硕士
测试计量技术及仪器
冯勇建
2008
中文
TN792;TN433
92
2014-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）