基于65nm工藝的高性能音頻∑Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究與實現(xiàn).pdf

1、近年來,數(shù)字音視頻技術(shù)的巨大市場需求,推動了國內(nèi)音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器特別是高性能音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究與開發(fā)。憑借其能夠用較低精度的CMOS元器件實現(xiàn)較高分辨率的特性,∑△模數(shù)轉(zhuǎn)換器己成為目前實現(xiàn)高精度音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要方式。
　　 在此背景下,本文從系統(tǒng)設(shè)計、電路設(shè)計(包括模擬部分的電路設(shè)計和數(shù)字部分的RTL代碼編寫),到版圖繪制和封裝測試,完成了一款應(yīng)用于音頻的18位高精度、低功耗∑△模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與實現(xiàn)。
　　 本文的主

2、要工作和創(chuàng)新點包括:
　　 1、系統(tǒng)介紹了∑△模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理,分析了各種不同的調(diào)制器結(jié)構(gòu)及各自的優(yōu)缺點,通過對比選擇確定了2-1級聯(lián)單比特量化128倍過采樣的∑△調(diào)制器結(jié)構(gòu),并在考慮各種非理想因素的基礎(chǔ)上,完成了一個高性能音頻∑△調(diào)制器的設(shè)計。
　　 2、采用套筒式兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu),設(shè)計了一個高增益低噪聲寬擺幅的運算放大器。使得積分器可以采用電源和地作為兩個反饋參考電平,從而不僅把調(diào)制器的輸入范圍擴大為電源到地的“軌到軌”

3、,提高了調(diào)制器的動態(tài)范圍。更重要的是可以節(jié)省兩個產(chǎn)生反饋參考電平的緩沖器,節(jié)省約40％的功耗。同時,芯片面積也有了相應(yīng)的減小。
　　 3、采用ROM、RAM設(shè)計了一個低功耗、低硬件消耗的數(shù)字抽取濾波器。相比DFF作為存儲單元的實現(xiàn)方式,這種方法可以節(jié)省一半以上的硬件消耗。
　　 4、設(shè)計了一個用于減小失調(diào)誤差和增益誤差的數(shù)字校正模塊。通過采樣把失調(diào)誤差和增益誤差存儲在寄存器中,執(zhí)行校正時除去這些誤差便獲得了校正后的數(shù)據(jù)。

4、失調(diào)誤差校正可以提高∑△ADC系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
　　 5、設(shè)計了外圍串行接口,使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以跟外圍主機進(jìn)行全雙工的通信,同時也節(jié)省了芯片的管腳。特別是在65nm及以下工藝時,管腳壓焊塊(PAD)成為了芯片面積的主要消耗者,節(jié)省的面積更為可觀。
　　 6、在中芯國際65 nm先進(jìn)工藝下實現(xiàn)了上述設(shè)計,芯片核心面積為0.6 mm2。測試結(jié)果表明在音頻帶寬內(nèi)該芯片的最大信噪失真比為89 dB,動態(tài)范圍為93 dB。在1.2