基于過零點(diǎn)檢測的自給時鐘增量型Σ-ΔADC設(shè)計.pdf

1、基于過零點(diǎn)檢測的自給時鐘增量型∑AADC設(shè)計DesignofZero—Crossing—Detection—BasedSelfTimedIncremental∑一AADC專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)研究生：曾新吉導(dǎo)師：徐江濤副教授天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院二零一五年十二月摘要在傳感器和儀器儀表測量領(lǐng)域，增量型∑△ADC對于高精度低頻信號測量有著廣泛應(yīng)用，同時隨著電子技術(shù)的發(fā)展，低功耗逐漸成為IC設(shè)計主題。低功耗要求IC設(shè)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(yùn)算放大器的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。增量型∑△ADC應(yīng)用于傳感器系統(tǒng)，進(jìn)行龐大數(shù)據(jù)量的A／D轉(zhuǎn)換。特定應(yīng)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(fù)擔(dān)，浪費(fèi)了大量功耗。為了解決以上技術(shù)難題，本文將設(shè)計一種基于過零點(diǎn)檢測技術(shù)的自給時鐘增量型∑△ADC，應(yīng)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(diǎn)檢測技術(shù)，由基于反相器的比較器、基于異步狀態(tài)機(jī)的邏輯控制器、柵控電流源代替運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。電荷轉(zhuǎn)移分為預(yù)置位、粗量化、細(xì)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(shí)現(xiàn)。模擬積分器與數(shù)字異步狀態(tài)機(jī)之間協(xié)同工作，交替切換工作模式?；谶^零點(diǎn)檢測器的輸出，邏輯控制器控制柵控電流源實(shí)

4、現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。異步狀態(tài)機(jī)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(jìn)行電路設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。分別對自給時鐘時序、ADC性能、事件驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)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(shí)現(xiàn)128bits有效位，優(yōu)值為42pJ／step。事件驅(qū)動系統(tǒng)的驗(yàn)證表明，本文所設(shè)計的ADC