高性能音頻∑-△數(shù)模轉(zhuǎn)換器的研究與實現(xiàn).pdf

1、在2006年提出的《國家中長期科學和技術發(fā)展綱要（2006—2020年）》中確定的未來15年里16個重大科技專項中，第一項就是“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件”。作為高端通用芯片之一的高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，被廣泛應用于多媒體和各種消費類電子產(chǎn)品中，其核心技術目前主要被國外所壟斷。自主開展高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片的研發(fā)，對于提高我國電子產(chǎn)品的核心競爭力具有重要意義。 本論文研究了音頻信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換技術。在高精度轉(zhuǎn)換條件下，

2、過采樣∑—△技術是目前最好的選擇?！啤鲾?shù)模轉(zhuǎn)換器由插值低通濾波器、數(shù)字∑—△調(diào)制器和模擬后端電路組成。由于這種技術要求對數(shù)字IC設計、模擬IC設計都有比較深入的了解，所以這是各種數(shù)模轉(zhuǎn)換器設計中最具挑戰(zhàn)性的實現(xiàn)方式。實現(xiàn)高線性度、低噪聲、低功耗、低成本的數(shù)模信號轉(zhuǎn)換是研究的難點。 本論文的主要工作和創(chuàng)新點包括： 1、分析了∑—△調(diào)制器原理，對其穩(wěn)定性問題及實現(xiàn)結(jié)構(gòu)進行了深入的研究比較和定型。分析了數(shù)字插值濾波器原理，采

3、用CSD碼實現(xiàn)方式，節(jié)省了硬件開銷、減低了芯片功耗。 2、確定了一種多比特量化的∑—△數(shù)模轉(zhuǎn)換器形式，采用直接電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)部DAC實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，降低了功耗。相對于單比特內(nèi)部DAC結(jié)構(gòu)，這種新型結(jié)構(gòu)在模擬電路的面積和功耗方面具有較大的優(yōu)勢。 3、多比特開關電容DAC很難實現(xiàn)高線性度，設計中采用失配誤差整形算法，把失配引入的失真轉(zhuǎn)換為噪聲并外推到信號帶外的高頻端，大大削弱了引入信號帶內(nèi)的噪聲干擾。 4、提出了一種新的襯

4、底噪聲有源抵消方法，仿真與實測結(jié)果均證明，該噪聲有源抵消方法可以更高效地減少襯底噪聲干擾，從而為高性能混合信號IC更為優(yōu)化的版圖設計提出一條可行之路。 5、實現(xiàn)了一款18bit的高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片。采用中芯國際（SMIC）0.18μm工藝實現(xiàn)，芯片核心面積1．86m㎡，實測動態(tài)范圍96dB，最大信噪失真比為88dB。電路各模塊的性能均達到了設計目標。用硅驗證的方法證明了論文思想的正確性和可行性，與國內(nèi)近幾年測試成功的音頻數(shù)