Delta-Sigma(Σ-Δ)_AD转换器原理及PSPICE仿真

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为了深入理解Delta-Sigma A／D转换器的工作原理，合理地使用这类A／D转换器产品，或者用FPGA实现自己的Delta-Sigma A／D转换器设计。采用PSpice仿真软件进行模拟仿真的方法，对不同幅度的输入信号进行了一阶Delta-Sigma A／D转换器仿真实验，获得了与理论相一致的结果。通过对元件的参数扫描仿真为实际电路设计中元件的选择提供了实验依据。仿真实验过程完整，易于重复，与纯数学推导相比，仿真具有直观的特点。

曲波变换matlab代码SigmaTransform-Matlab 在Matlab / Octave中实现Sigma变换。 内容 一般信息 该存储库显示了MATLAB / Octave中的“ SigmaTransform”的示例性实现，如论文“由辛同态引起的量子帧和不确定性原理”中所定义。 请注意，该库并非旨在展示最高性能，而是展示了“ Sigma变换”通用接口用于执行众所周知的信号处理变换/算法（如短时傅立叶变换，小波变换，Curvelet变换， Shearlet变换等，仅在单个参数方面有所不同-“谱微分同构”。 安装 安装了Signal Processing工具箱的在MATLAB R2016a上编写和测试的代码应该是自包含的，因此，应克隆存储库或将在此存储库中找到的所有文件复制到本地文件夹，并更改Matlab路径到此文件夹应该足以使用和测试提供的代码。 该代码还应该在经过GNU Octave 4.4.1测试的GNU Octave上运行，并安装和加载信号和图像包。 用法 两个例子 Examples_SigmaTransform1D.m Examples_SigmaTransform2

模数转换器(ADC)在信号处理中起了一个非常重要的作用。在数字音频、数字电视、图像编码及频率合成等领域需要大量的数据转换器。由于超大规模集成电路的尺寸和偏压不断减小，模拟器件的精度和动态范围也不断降低，对于实现高分辨率的ADC是一种挑战。高阶多位Delta-sigma ADC由于不需要采样保持电路，电路规模小，可以实现较高的分辨率，因此在实际中得到广泛的应用。Delta-sigma ADC采用过采样技术和噪声整形技术相结合，对量

第七章结论与展望 第七章结论与展望 7．1结论 ∑．出狮C现已成为高精度ADC设计的一种切实可行的解决方案。虽然∑．△的 思想很早就提出来了，但由于∑．△涉及很多的数字信号处理问题，所以直到大规模 数字电路芯片能实现时，∑．△调制器才成为集成电路设计中的一种受欢迎的技术。 在高级音频领域，由于对ADC的精度要求非常高，故传统奈氏ADC很难满足要 求，∑．AADC是最好的选择。同时，∑．址mC最大的应用领域是音频领域。提高 ∑．△ADC精度的手段主要有：提高过采样比、增加调制器阶数和增加量化器位数。 而在∑．山∞C中使用多位量化器除了有助于提高转换器精度外，还能减少整体功耗 和提高∑．出mC的稳定性。因此，多位量化器用在许多∑．山如C特别是高质量音频 ADC的设计中。为了适应高级音频的发展需求，开展了高精度∑．出①C的研究。 本文在讨论∑．出∞C基本原理的基础上，分别从系统结构级、开关电容级和电 路级对高精度∑一△ADC进行了研究，主要工作和研究成果可以总结为： (1)在对∑．△ADC理论和电路等方面进行系统的研究后，完成了一款音频18位 单环2阶4位∑．出～DC设计工作。芯片采用0．35岬CMOS工艺，实测芯片有效位 数为16．8位，双通道ADC总功耗为180mW，芯片总面积约为3．18mm×4．2mm= 13．4mm2，达到了预定的设计目标。 (2)详细分析了∑．△ADC理论。分析了传统奈氏采样率ADC的两个主要工作过 程：采样和量化过程。基于ADC的各种性能指标定义，对∑．△ADC的采样和量化 过程进行了系统的分析。首先，利用过采样理论，得到了过采样率和系统信噪比 的关系。其次，多位量化器的使用减小了量化噪声功率，通过计算分析，量化出 了量化器位数和信噪比、有效位数的关系。可以看出过采样和多位量化器的使用 极大地提高了∑．山∞C系统的精度。∑．△ADC使用噪声整形技术，使得所需频带内 的噪声能量呈s甜(x)的功率分布，极大地降低了信号带内的噪声功率。因此， ∑．出mC的精度与系统阶数或级数密切相关，在稳定前提下，更高的阶数或级数可 以获得更高的精度。为了降低功耗和面积，∑．出mC系统的阶数、过采样率和量化 器位数具有折中的关系，合理分配其值，可以得到较好的ADC性能。 (3)基于Matlab模型，对二阶∑．出mC进行了行为仿真并确定了关键模块的性 能要求。系统分析了∑．AADC电路中的非理想因素如运算放大器的有限直流增益、 有限带宽和摆率、开关非线性、采样电容热噪声、时钟抖动等对∑．出∞C性能的影 响，从而可以深入了解电路设计的要求。在分析这些非理想特性的基础上，使用 Matlab软件进行系统建模和仿真，得出最终ADC系统的性能仿真结果。

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比较了套筒式共源共栅、折叠式共源共栅和两级AB类输出的三种运算放大器结构，提出了一种可用于前馈型高阶Sigma Delta调制器的全差分跨导运算放大器。采用SIMC 0.18μmCMOS工艺，完成了含共模反馈电路的两级AB类输出的跨导运算放大器的设计。利用Cadence/Spectre仿真器进行仿真，结果表明放大器的直流增益为62.19dB，单位增益带宽为205.56MHz，相位裕度为70.81°，功耗仅为0.42mW，适合于低压低功耗Sigma Delta调制器的应用。

跨导运算放大器是模拟电路中的重要模块，其性能往往会决定整个系统的效果。这里设计了一种适用于高阶单环Sigma-Delta调制器的全差分折叠式共源共栅跨导运算放大器。该跨导运算放大器采用经典的折叠式共源共栅结构，带有一个开关电容共模反馈电路。运算放大器使用SIMC 0.18 μm CMOS混合信号工艺设计，使用Spectre对电路进行整体仿真，仿真结果表明，负载电容为5 pF时，该电路直流增益可达72 dB、单位增益带宽91.25 MHz、相位裕度83.35°、压摆率35.1 V/μs、功耗仅为1.41 mW。本设计采用1.8 V低电源电压供电，通过对电路参数的优化设计，使得电路在低电压条件下仍取得良好的性能，能满足Sigma Delta调制器高精度的要求。

实现空间电压矢量方法的高级简单配置 Delta-Sigma 调制三相逆变器。 为了小型化和提高各种类型的开关模式逆变器和转换器的性能，研究人员迄今已作出巨大努力。 在这些开关节点转换器中，通常使用电压调节的脉宽调制 (PWM) 技术。 在使用PWM处理方案的情况下，噪声峰值出现在整个载波频率处。 这对转换器附近的电子信息、电信、消费和医疗设备造成不良影响。 相反，在将 delta-sigma 调制方案应用于开关电源转换器的情况下，在高频段中不会出现噪声峰值。 在本文中，提出并评估了一种引入空间电压矢量调制方案的先进三相delta-sigma 调制逆变器。虽然所提出的调制逆变器由简单的配置组成，但所提出的方案可以有效地抑制噪声水平，并且开关操作次数少。