基于過零點檢測的自給時鐘增量型Σ-ΔADC設計.pdf

1、基于過零點檢測的自給時鐘增量型∑AADC設計DesignofZero—Crossing—Detection—BasedSelfTimedIncremental∑一AADC專業(yè)：微電子學與固體電子學研究生：曾新吉導師：徐江濤副教授天津大學電子信息工程學院二零一五年十二月摘要在傳感器和儀器儀表測量領域，增量型∑△ADC對于高精度低頻信號測量有著廣泛應用，同時隨著電子技術(shù)的發(fā)展，低功耗逐漸成為IC設計主題。低功耗要求IC設計基于更低的工藝尺寸

2、以及更低的供電電壓，而工藝尺寸的降低，給高增益運算放大器的設計帶來了挑戰(zhàn)。增量型∑△ADC應用于傳感器系統(tǒng)，進行龐大數(shù)據(jù)量的A／D轉(zhuǎn)換。特定應用場合下，有的信號具有突發(fā)性且伴隨著較長的靜息期，系統(tǒng)通常只關(guān)心變化量超出閾值范圍的信號。而大規(guī)模的數(shù)據(jù)采樣和量化卻增加了系統(tǒng)負擔，浪費了大量功耗。為了解決以上技術(shù)難題，本文將設計一種基于過零點檢測技術(shù)的自給時鐘增量型∑△ADC，應用于事件驅(qū)動的高精度、低功耗稀疏信號A／D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本文采用經(jīng)典的

3、BoserWboly二階增量型∑△結(jié)構(gòu)。采用基于反相器的過零點檢測技術(shù)，由基于反相器的比較器、基于異步狀態(tài)機的邏輯控制器、柵控電流源代替運算放大器實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。電荷轉(zhuǎn)移分為預置位、粗量化、細量化三個階段。ADC架構(gòu)采用差分結(jié)構(gòu)，因此為柵控電流源引入共模反饋技術(shù)，動態(tài)控制積分器輸出共模。自給時鐘技術(shù)通過數(shù)?；旌闲盘枴拔帐帧眳f(xié)議實現(xiàn)。模擬積分器與數(shù)字異步狀態(tài)機之間協(xié)同工作，交替切換工作模式?；谶^零點檢測器的輸出，邏輯控制器控制柵控電流源實

4、現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。異步狀態(tài)機根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移的三個子階段，自發(fā)產(chǎn)生時鐘，使得ADc不需要外部時鐘電路。自給時鐘增量型∑一△ADC采用011岫CMOS工藝進行電路設計與實現(xiàn)。分別對自給時鐘時序、ADC性能、事件驅(qū)動系統(tǒng)進行了仿真驗證。仿真結(jié)果表明，自給時鐘電路正常工作，為ADc提供正確的工作時鐘。ADc工作電壓為15V，采樣率為2kHz，消耗60“W功耗，實現(xiàn)128bits有效位，優(yōu)值為42pJ／step。事件驅(qū)動系統(tǒng)的驗證表明，本文所設計的ADC