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芯片设计中的MOSFET Σ-Δ调制器设计基础.docx
资料介绍
Σ-Δ调制器（Sigma-Delta Modulator）是一种过采样和噪声整形技术，可在低分辨率量化器（通常为1位）的条件下实现高分辨率模数转换（典型16-24位）。Σ-Δ ADC通过过采样将量化噪声分散到更宽的频带，再利用噪声整形将噪声推到信号带宽之外，最后通过数字滤波滤除带外噪声。MOSFET在Σ-Δ调制器的开关电容积分器、比较器和反馈DAC中发挥着关键作用。本文系统分析Σ-Δ调制器的工作原理、架构、关键模块设计及性能优化方法。
Σ-Δ调制器的架构
一阶Σ-Δ调制器
一阶Σ-Δ调制器由一个积分器、1位量化器和1位DAC组成。一阶调制器的结构简单，但噪声整形效果有限，需要高OSR才能获得高分辨率。
二阶Σ-Δ调制器
二阶Σ-Δ调制器使用两个积分器级联，具有更好的噪声整形效果。二阶调制器在相同OSR下，SNR比一阶调制器高约15dB。
高阶Σ-Δ调制器
高阶（L>2）Σ-Δ调制器具有更强的噪声整形能力，但稳定性问题更加突出。高阶调制器需要仔细设计环路滤波器系数，确保在所有输入幅度下稳定工作。
级联Σ-Δ调制器
级联（MASH）Σ-Δ调制器将多个低阶调制器级联，各级的量化误差被前馈到下一级处理，最后由数字滤波消除。MASH结构具有高阶调制器的噪声整形能力，同时避免了高阶调制器的稳定性问题。
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