低信噪比正弦信号检测系统Sigma-Delta ADC设计文献综述

 2022-05-27 10:05

文献综述

高性能的模数转换器是当今微电子模拟领域研究的热点之一。基于过采样技术和sigma-delta 调制机制的模数转换器广泛使用在数字音频、综合业务数字网、数字 电话等系统中。这种高精度的模数转换器,通过采用过采样技术,增加调制器系 统的信噪比,提高其实现的精度;通过使用 sigma-delta 噪声整形技术,降低了信号带内的量化噪声功率。

sigma-delta ADC 由模拟调制器和数字抽取滤波器组成,而模拟调制器的噪声整形性能决定了整个转换器系统的精度。首先对 sigma-delta ADC 的系统设计进行了深入的研究,采用 MATLAB 软件进行系统建模和仿真,并由此总结了一套完整的系统设计方法。根据过采样率、精度和动态性能的要求,得出调制器所需的阶数以及前馈因子、反馈因子和积分器增益因子等参数。然后再通过 MATLAB 系统仿真,预测出实际调制器可以达到的性能。在模拟调制器的设计中,各种非理想因素会极大地影响模拟调制器的性能。因此,对各种非理想因素进行系统的、量化的分析是必要的。在各种过采样 sigma-delta 调制器的类型中,在较高信噪比(SNR),较好谐波 失真性能要求的应用中,高阶单环结构的调制器结构得到了许多设计者的青睐。尽管多位量化器的使用可以消除由于积分器过载所引起的系统不稳定现象,但是 一位量化器是固有线性的,因此,在线性度要求较高的情况下得到了广泛的使用。

国内外研究概况:

国外的高性能的Sigma-Delta ADC设计已经比较成熟。美国 ADI.公司近年来的产品AD1848(16 位)、AD1879(18 位)、AD7716(22位)等在精度、功耗以及面积各方面都非常优异。在模拟电路与DSP技术方面引导世界潮流的TI公司认为,当尺寸越来越小时,模拟与数模混合信号电路将成为主要的挑战。作为中速高分辨率的Sigma-Delta ADC 因而得到了广泛的推广和应用。从制造工艺来说,Sigma-Delta调制器对模拟电路不要求严格匹配,很容易与数字系统集成在一起。多年来,在单片系统中使用这类 ADC.己经是明显的发展趋势。

近年来,Sigma-Delta ADC在国内也逐渐成为一个研究热点。复旦大学在 90 年代中期以来就一直研究高精度Sigma-Delta ADC 的设计,设计了一系列高 精度 Sigma-Delta ADC。国内的电子工业部 24 所对 Sigma-Delta ADC 进行了深入 的研究。清华大学、上海交通大学北京大学、西安电子科技大学微电子学院、浙江大学和西安交通大学以及西北工业大学等国内高校都对 Sigma-Delta ADC 进行了研究。但是我国在 Sigma-delta 调制方面的研究水平和国外相比还存在一定的差距,本课题正是在此大背景下进行了高性能 Sigma-Delta ADC 的设计与研究。

ADC的性能参数:

ADC 的性能指标包括静态性能指标和动态性能指标。静态性能指标包括积分非线性,差分非线性,失调误差和增益误差。

动态性能指的是在输入信号变化时 ADC 系统的性能主要包括动态范围,有效位数,信噪比,信噪失真比,无杂散信号动态范围以及过载度。

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