基于65nm工藝的高性能音頻∑Δ模數轉換器的研究與實現.pdf

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

2、要工作和創(chuàng)新點包括:
　　 1、系統(tǒng)介紹了∑△模數轉換器的原理,分析了各種不同的調制器結構及各自的優(yōu)缺點,通過對比選擇確定了2-1級聯單比特量化128倍過采樣的∑△調制器結構,并在考慮各種非理想因素的基礎上,完成了一個高性能音頻∑△調制器的設計。
　　 2、采用套筒式兩級級聯結構,設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,從而不僅把調制器的輸入范圍擴大為電源到地的“軌到軌”

3、,提高了調制器的動態(tài)范圍。更重要的是可以節(jié)省兩個產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的減小。
　　 3、采用ROM、RAM設計了一個低功耗、低硬件消耗的數字抽取濾波器。相比DFF作為存儲單元的實現方式,這種方法可以節(jié)省一半以上的硬件消耗。
　　 4、設計了一個用于減小失調誤差和增益誤差的數字校正模塊。通過采樣把失調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據。

4、失調誤差校正可以提高∑△ADC系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
　　 5、設計了外圍串行接口,使得模數轉換器可以跟外圍主機進行全雙工的通信,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先進工藝下實現了上述設計,芯片核心面積為0.6 mm2。測試結果表明在音頻帶寬內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