高阶Sigma Delta调制器用全差分运算放大器设计*(2009年)

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简介：
本文介绍了针对高阶Sigma-Delta调制器设计的一种全差分运算放大器，探讨了其在2009年的技术应用与创新，优化电路性能和降低噪声。本段落比较了套筒式共源共栅、折叠式共源共栅以及两级AB类输出三种运算放大器结构，并提出了一种适用于前馈型高阶Sigma Delta调制器的全差分跨导运算放大器设计方案。采用SIMC 0.18μm CMOS工艺，设计并实现了包含共模反馈电路的两级AB类输出跨导运算放大器。通过Cadence/Spectre仿真器进行仿真验证，结果显示该放大器具有62.19dB的直流增益、205.56MHz的单位增益带宽以及70.81°的相位裕度，并且功耗仅为0.42mW。这些性能指标表明此设计适用于低压低功耗Sigma Delta调制器的应用场景。

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高阶Sigma Delta调制器用全差分运算放大器设计*(2009年)

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本文介绍了针对高阶Sigma-Delta调制器设计的一种全差分运算放大器，探讨了其在2009年的技术应用与创新，优化电路性能和降低噪声。本段落比较了套筒式共源共栅、折叠式共源共栅以及两级AB类输出三种运算放大器结构，并提出了一种适用于前馈型高阶Sigma Delta调制器的全差分跨导运算放大器设计方案。采用SIMC 0.18μm CMOS工艺，设计并实现了包含共模反馈电路的两级AB类输出跨导运算放大器。通过Cadence/Spectre仿真器进行仿真验证，结果显示该放大器具有62.19dB的直流增益、205.56MHz的单位增益带宽以及70.81°的相位裕度，并且功耗仅为0.42mW。这些性能指标表明此设计适用于低压低功耗Sigma Delta调制器的应用场景。

高性能3阶Delta-Sigma调制器设计

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本项目专注于高性能3阶Delta-Sigma调制器的设计与优化，旨在提升其在音频处理和数据转换领域的性能表现。通过创新架构及电路技术的应用，力求突破现有技术瓶颈，为电子设备提供卓越的信号处理解决方案。模数转换器（ADC）在信号处理领域扮演着至关重要的角色，在数字音频、数字电视、图像编码及频率合成等多个应用领域，都需要大量的数据转换设备。随着超大规模集成电路尺寸的缩小以及偏压水平的降低，模拟器件的精度和动态范围也随之下降，这对实现高分辨率ADC构成了挑战。相比之下，多比特高阶Delta-sigma ADC由于无需采用采样保持电路，并且能够通过较小的电路规模来达到较高的分辨率，在实际应用中得到了广泛的认可。这种类型的ADC结合了过采样技术和噪声整形技术，有效地提高了转换性能和精度。

高性能3阶Delta-Sigma调制器的设计

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本项目致力于设计一款高性能的三阶Delta-Sigma调制器，通过优化架构与参数配置以实现低噪声、高分辨率及卓越线性度，广泛应用于音频和通信系统中。本段落设计了一种应用于模数转换器（ADC）中的三阶八级量化delta-sigma调制器(DSM)。该调制器的过采样率为128，信号带宽为32.8kHz，分辨率达到了16位。在噪声传输函数(NTF)的设计过程中采用了前馈方式实现极点，并通过局部反馈来实现零点，从而优化了输出信噪比并提高了动态范围(DR)，降低了量化噪声。该DSM的峰值信噪比可以达到超过145dB。文章最后提供了此DSM的MATLAB仿真模型及结果，在此基础上编写了电路模块的Verilog程序，并进行了行为级建模。

二阶Sigma-Delta ADC调制器的Sigma-Delta模型分析

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本文针对二阶Sigma-Delta模数转换器（ADC）调制器，深入探讨其Sigma-Delta模型特性，进行系统化的理论分析与研究。关于2阶sigma-delta ADC的Matlab Simulink模型的设计与实现。

Sigma-Delta调制器用开关电容积分器设计

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本论文聚焦于Sigma-Delta调制器中开关电容积分器的设计与优化，深入探讨其在模拟信号处理中的应用价值及技术挑战。 Sigma-Delta（Σ-Δ）调制器是一种广泛应用于AD转换器的技术，它通过过采样和低位量化来提高信噪比（SNR），从而实现高精度的转换效果。开关电容积分器作为Σ-Δ调制器的关键组件之一，其性能直接影响到整个转换器的性能表现。在Sigma-Delta调制器中，基本结构包括调制器和数字抽取滤波器两部分。调制器的工作原理是通过对输入模拟信号进行过采样，并将每个采样的值与前一时刻的采样值比较后计算差值并完成低位量化处理。输出的低位码流会根据量化结果决定反馈的方向，这一过程有助于把噪声推至高频区域，从而提升基带内的信号质量。开关电容积分器作为调制器的核心部分，在设计上起着至关重要的作用。它的基本工作原理是通过利用MOSFET等开关元件在时钟控制下进行操作，将电荷存储于电容器中以实现对输入信号的积分处理。在一个时钟周期内，通过交替导通和关闭这些开关来实现电容C的充电或放电过程。然而，在实际设计过程中会遇到多种问题。首先是寄生电容的影响，包括制造误差以及周围电路产生的耦合效应等都可能引入非线性误差从而影响积分器精度；其次是MOS开关的导通电阻Ron会导致电压降现象，进而使积分操作出现偏差；此外，在切换过程中的电荷注入也会改变电容器上的电量，进一步影响到积分结果。时钟馈通问题是指时钟信号通过开关传递至其他部分造成额外噪声干扰。而采样尖峰则是由于在进行开关动作瞬间电流瞬变所引起的电压峰值现象，可能会破坏系统的稳定性表现；同时运算放大器的非理想特性（如输入偏置电流、失调电压等）也会对积分器性能产生影响。为解决这些问题，设计者需要采取一系列措施。例如选择合适的开关器件来降低Ron值并减少电荷注入效应；采用适当的滤波和缓冲电路抑制时钟馈通及采样尖峰现象；同时优化运算放大器参数以减小其非理想特性的影响等。通过这些手段可以设计出性能优良的全差动型开关电容积分器。在0.5微米CMOS工艺条件下，使用SPICE仿真工具能够验证设计方案的有效性。经过精确模拟和参数调整后可确保该类积分器能够在实际应用中满足高精度与稳定性的要求条件。综上所述，在Sigma-Delta调制器中的开关电容积分器设计需要考虑多个关键因素包括寄生参数、开关特性、时钟干扰以及运算放大器的性能表现。通过深入研究和优化设计方案，可以实现高性能且适用于高分辨率低噪声信号转换应用场合下的开关电容技术解决方案。

全差分运算放大器的设计

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本项目聚焦于设计高性能的全差分运算放大器，旨在优化其线性度和带宽等关键参数，适用于高精度信号处理及测量系统。全差分运算放大器设计是《通信系统混合信号VLSI设计》课程设计报告的一部分。

全差分运算放大器的设计

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本项目专注于研究并设计高效的全差分运算放大器，通过优化电路结构和选择最佳元件参数，以提高其性能指标，包括增益、带宽及失真度等。 ### 全差分运算放大器设计 #### 设计背景与目标本段落档介绍了复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室在全差分运算放大器设计方面的研究成果。主要目的是在上华0.6μm CMOS 2P2M工艺条件下，开发一款高性能的全差分运算放大器，并实现一系列关键性能指标。 #### 设计指标 - **直流增益**：>80dB - **单位增益带宽**：>50MHz - **负载电容**：5pF - **相位裕量**：>60° - **增益裕量**：>12dB - **差分压摆率**：>200V/μs - **共模电平**：2.5V (当VDD=5V) - **共模负反馈单位增益带宽**：>10MHz - **等效输入噪声**：20nV/√Hz - **输入失调电压**：<10mV - **差分输出摆幅**：>±4V #### 运放结构选择本设计采用共源共栅两级运算放大器结构，具体考虑如下： - 输出摆幅需求：为了满足±4V的差分输出摆幅要求，避免单级运放难以实现这一目标，选择了两级放大器架构。 - 直流增益：简单的两级运放直流增益较小。因此采用了共源共栅输入级来提高直流增益。 - 功耗问题：折叠共源共栅结构的功耗较高，最终选择直接共源共栅输入级和输出级以降低整体功耗。 - 稳定性保障：通过Miller补偿或Cascode补偿技术确保放大器稳定性。 #### 性能指标分析 ##### 差分直流增益Adm>80dB 为了实现这一目标，设计采用了两级结构： 1. **Cascode级**（M1至M8），用于增加直流增益。 2. **共源放大器**（M9至M12），进一步提升增益。具体计算如下：第一级的增益公式为： [ A_{1} = -\frac{g_{m3}}{r_{o1}} + \frac{g_{m5}}{r_{o1}} - \frac{g_{m5}}{r_{o3}} + \frac{g_{m7}}{r_{o3}} + \frac{g_{m5}}{r_{o5}} - \frac{g_{m7}}{r_{o5}} ] 第二级增益公式为： [ A_{2} = -\frac{g_{m9}}{r_{o9}} + \frac{g_{m11}}{r_{o9}} - \frac{g_{m11}}{r_{o11}} ] 整个放大器的总增益计算为： [ A_{overall} = A_{1} \cdot A_{2} \geq 10^{80dB/20} = 10^4 ] ##### 差分压摆率≥200V/μs 差分压摆率反映了放大器在大信号输入下的响应速度，计算公式为： [ SR = \frac{I_{DS}}{C_C} ] 其中\( I_{DS} \)是输出电流，\( C_C \)是负载电容。为了提高压摆率，可以通过增加M1的有效电压来实现。 ##### 静态功耗静态功耗的计算公式为： [ P_{static} = V_{DD} \cdot I_{static} - V_{SS} \cdot I_{DS} ] 假设静态功耗为15mW，则可求得最大静态电流值。此信息有助于后续电路设计中的优化。通过精心设计放大器结构及参数，本段落档所介绍的全差分运算放大器能够有效满足各项性能指标要求，并展现出良好的稳定性和高性能特性。

基于五阶Sigma-Delta调制器的加速度计设计

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本研究提出了一种采用五阶Sigma-Delta调制技术的高性能加速度传感器设计方案，旨在提高测量精度和动态范围。采用CHRT 0.35 μm CMOS工艺设计并实现了一种用于加速度计的单环五阶sigma-delta (ΣΔ) 调制器。在MATLAB/Simulink环境下对该调制器进行建模，并通过优化参数使系统稳定，利用根轨迹法分析了系统的稳定性。电路测试结果显示，在250 kHz采样频率和3.3 V电压条件下功耗为3.4 mW。后仿真结果表明，在1 kHz信号带宽下信噪比达到108.6 dB，有效位数约为18位，满足加速度计对高精度调制器的要求。

Delta Sigma工具箱：用于高级设计与仿真的Delta-Sigma调制器-MATLAB开发

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Delta Sigma工具箱是基于MATLAB开发的一款专业软件包，专为设计和仿真Delta-Sigma调制器而设，适用于科研人员及工程师进行高精度信号处理研究。 Delta-Sigma 工具箱包含近 100 个功能模块，支持 NTF 合成、调制器模拟（基于 NTF 或结构）、实现、动态范围缩放以及 SNR 估计等功能。该工具箱配有详细的文档 DSToolbox.pdf 手册进行说明。对于更多关于工具箱和 Delta-Sigma 调制器的信息，可以考虑购买 Pavan、Schreier 和 Temes 合著的《了解 Delta-Sigma 数据转换器，第二版》（ISBN 978-1-119-25827-8）。

全差分CMOS运算放大器设计.pdf

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本论文探讨了全差分CMOS运算放大器的设计方法，深入分析其工作原理及优化技术，旨在提高放大器性能和稳定性。全差分CMOS运算放大器的设计涉及精密电路的构建与优化，在高性能模拟集成电路领域扮演着重要角色。设计过程中需要考虑诸多因素以确保其在各种应用中的稳定性和准确性，包括但不限于噪声抑制、带宽扩展以及电源效率等方面。此类放大器广泛应用于信号处理和传感器接口等场景中。