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

1、近年來,數(shù)字音視頻技術(shù)的巨大市場(chǎng)需求,推動(dòng)了國(guó)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(shí)現(xiàn)較高分辨率的特性,∑△模數(shù)轉(zhuǎn)換器己成為目前實(shí)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(jì)、電路設(shè)計(jì)(包括模擬部分的電路設(shè)計(jì)和數(shù)字部分的RTL代碼編寫),到版圖繪制和封裝測(cè)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(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　 本文的主

2、要工作和創(chuàng)新點(diǎn)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(diǎn),通過對(duì)比選擇確定了2-1級(jí)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(gè)高性能音頻∑△調(diào)制器的設(shè)計(jì)。
　　 2、采用套筒式兩級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一個(gè)高增益低噪聲寬擺幅的運(yùn)算放大器。使得積分器可以采用電源和地作為兩個(gè)反饋參考電平,從而不僅把調(diào)制器的輸入范圍擴(kuò)大為電源到地的“軌到軌”

3、,提高了調(diào)制器的動(dòng)態(tài)范圍。更重要的是可以節(jié)省兩個(gè)產(chǎn)生反饋參考電平的緩沖器,節(jié)省約40％的功耗。同時(shí),芯片面積也有了相應(yīng)的減小。
　　 3、采用ROM、RAM設(shè)計(jì)了一個(gè)低功耗、低硬件消耗的數(shù)字抽取濾波器。相比DFF作為存儲(chǔ)單元的實(shí)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(jì)了一個(gè)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(chǔ)在寄存器中,執(zhí)行校正時(shí)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(dòng)態(tài)范圍。
　　 5、設(shè)計(jì)了外圍串行接口,使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以跟外圍主機(jī)進(jìn)行全雙工的通信,同時(shí)也節(jié)省了芯片的管腳。特別是在65nm及以下工藝時(shí),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(guó)際65 nm先進(jìn)工藝下實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)計(jì),芯片核心面積為0.6 mm2。測(cè)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(dòng)態(tài)范圍為93 dB。在1.2