∑-△調(diào)制器的設(shè)計及其在電能計量中的應(yīng)用.pdf

1、過去幾十年里，數(shù)字信號處理技術(shù)在理論和實踐上都取得了突飛猛進的發(fā)展。由于它具有可靠性高，靈活性強，成本低廉等特點，從而逐漸在各個領(lǐng)域代替了傳統(tǒng)的模擬信號處理方式。但是模擬信號處理及模擬集成電路的設(shè)計不僅沒有淡出歷史舞臺，相反在某些地方更加凸顯出其不可替代的作用。這充分體現(xiàn)了現(xiàn)實模擬世界與虛擬數(shù)字世界的對立，而且在現(xiàn)今對處理速度要求越來越高、集成電路工藝制造技術(shù)使線寬越來越窄的今天，各種電路的寄生效應(yīng)如雨后春筍，讓人始料未及，所以高速的數(shù)

2、字設(shè)計本質(zhì)上還是模擬設(shè)計。 要想進行數(shù)字信號處理，首先必須進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在各式各樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)構(gòu)架中，流水線ADC與過采樣∑-△ADC應(yīng)用最為廣泛。雖然流水線ADC能夠?qū)崿F(xiàn)很高的轉(zhuǎn)換速率，但它對其構(gòu)成部件的失配很敏感，從而導致電路復雜程度高，當精度超過14位，其功耗會非常大，因此流水線ADC精度不高。相反地，結(jié)合過采樣與噪聲整形的∑-△ADC，達到了很高的精度，但所能處理的信號頻率不高。盡管如此，∑-△ADC只要由前端

3、的∑-△調(diào)制器將輸入模擬信號調(diào)制成高速比特流，后續(xù)的很大一部分工作都留給了數(shù)字濾波器，因而易與大規(guī)模數(shù)字集成電路集成，節(jié)省了成本。而屬于模擬部分的∑-△調(diào)制器是一種負反饋結(jié)構(gòu)，它對模擬電路的一些非理想特性具有很好的免疫力。此外，相對與奈奎斯特采樣，過采樣使前置抗混疊濾波器的設(shè)計變得容易。正因為∑-△ADC的這些優(yōu)點，使其在很多場合獲得了廣泛地應(yīng)用。 本論文從系統(tǒng)架構(gòu)到電路細節(jié)上討論了∑-△調(diào)制器的設(shè)計。 第二章介紹了采樣

4、、量化、噪聲整形等基本概念。 第三章分析了一階與二階、單級高階、多級級聯(lián)、多位等結(jié)構(gòu)∑-△調(diào)制器。 第四章為∑-△調(diào)制器的電路實現(xiàn)，包括前饋、反饋、積分器、運放、比較器等的設(shè)計。 第五章分析了各種非理想特性對∑-△調(diào)制器中性能的影響，諸如采樣開關(guān)與運放產(chǎn)生的噪聲、運放增益、帶寬與轉(zhuǎn)換速率、比較器遲滯與失調(diào)等等。論文中將積分器作為一個整體，詳細分析其噪聲性能，給出了分析結(jié)果，建立了一個比較精確的積分器建立過程模型。

5、 作為一個實例，本論文最后一章設(shè)計了一個應(yīng)用于電能計量的二階∑-△調(diào)制器。在電能計量中，由于傳感器從工頻電網(wǎng)上獲取的電壓、電流是具有正負電位的雙極信號，而電能計量芯片是單電源供電，若采樣開關(guān)采用NMOS管，當輸入信號為負電位時會使輸入信號箝位，因而只能采用PMOS管，但這樣又會帶來PMOS管不能完全開通的問題，因為時鐘信號最低電位只能到零。在對輸入信號進行移位又受到移位電平會隨溫度、噪聲的影響而漂移的前提下，本論文設(shè)計了一個輸入