一種用于音頻的2-2級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計(jì)

張 婷，鐘傳杰

（江南大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫214122）

一種用于音頻的2-2級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計(jì)

張 婷，鐘傳杰

（江南大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫214122）

基于csmc0.35μm CMOS工藝，設(shè)計(jì)了一種用于音頻設(shè)備的低功耗Sigma-Delta調(diào)制器，該調(diào)制器采用四階噪聲整形2-2級聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，在獲得高動態(tài)范圍和高精度的同時(shí)更能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。運(yùn)算放大器采用兩級全差分電路結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果表明，運(yùn)放的直流開環(huán)增益為90.9 dB，在3.3 V電源電壓下，信號帶寬為20 kHz，過采樣率為64時(shí)，信噪比為101.45 dB，有效位數(shù)達(dá)到了16 bit，調(diào)制器功耗約為7.8 mW。

音頻；低功耗；Sigma-Delta調(diào)制器；運(yùn)算放大器

數(shù)字電路廣泛應(yīng)用于通信、視頻等領(lǐng)域，而聲音等自然界的信號均為模擬信號。因此作為連接模擬域與數(shù)字域的橋梁，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能對于集成電路的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。Sigma-Delta調(diào)制器借助于過采樣技術(shù)和噪音整形技術(shù)，具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單、對元件匹配要求低等優(yōu)點(diǎn)[1]，被廣泛應(yīng)用于便攜式音頻設(shè)備中。而保持高精度的同時(shí)降低系統(tǒng)功耗成為音頻Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)[2]。

基于CSMC 0.35 μm CMOS工藝，設(shè)計(jì)了一款四階噪聲整形2-2級聯(lián)結(jié)構(gòu)的Sigma-Delta調(diào)制器，在Matlab Simulink平臺下對調(diào)制器進(jìn)行了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了運(yùn)算放大器、帶隙電壓源以及一位量化器等電路模塊，給出了調(diào)制器輸出的仿真結(jié)果。

1 Sigma-Delta調(diào)制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于高階單環(huán)結(jié)構(gòu)的調(diào)制器系統(tǒng)不夠穩(wěn)定[4]，本設(shè)計(jì)選取了四階一位量化2-2級聯(lián)結(jié)構(gòu)的Sigma-Delta調(diào)制器，由兩個(gè)穩(wěn)定的二階子調(diào)制器級聯(lián)而成，因此可以確保整個(gè)級聯(lián)結(jié)構(gòu)的調(diào)制器系統(tǒng)是穩(wěn)定的。……