[發(fā)明專利]連續(xù)時間高階復(fù)數(shù)正交Sigma-Delta 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310255954.2
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103414475A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊俊杰;楊柳
• 申請（專利權(quán)）人: 楊俊杰;楊柳
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00;H03M1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子工程中的半導(dǎo)體工藝和電路設(shè)計技術(shù)，特別是連續(xù)時間高階復(fù)數(shù)正交Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

?∑ADC具有很多優(yōu)良特性，如抗混疊濾波，內(nèi)在線性，低功耗和易實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換，所以在混合信號系統(tǒng)特別是通訊系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。復(fù)數(shù)正交模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Complex?Quadrature??∑ADC?）在無線中頻（IF）系統(tǒng)中是一種非常有效的應(yīng)用。原因在于：（1）一般低通?∑ADC（Low-pass??∑ADC），需要取樣時鐘是中頻信號（IF）的很多倍來使得過取樣系數(shù)(Over-sampling?Ratio)高從而獲得或模數(shù)轉(zhuǎn)換的高精度，對于中頻頻率（IF）比較高的系統(tǒng)導(dǎo)致取樣時鐘頻率也很高；而復(fù)數(shù)正交模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Complex?Quadrature??∑ADC?）的過取樣系數(shù)只是在信號帶寬基礎(chǔ)上來計算的所以和低通比較來說取樣頻率相對較低，這樣大大降低了對模擬系統(tǒng)的工藝要求；（2）復(fù)數(shù)正交帶通模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Complex?Quadrature??∑ADC?）的頻響曲線正負兩邊不需要對稱，而采用I通道和Q通道耦合的方式可以使得其階數(shù)（order)只是一般帶通帶通模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Bandpass??∑ADC?）的一半，所以在功耗面積方面都有很大減少。圖1是一個典型的復(fù)數(shù)正交帶通模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Quadrature?Bandpass??∑ADC?）在無線中頻（IF）系統(tǒng)的應(yīng)用。

雖然連續(xù)時間復(fù)數(shù)正交模數(shù)轉(zhuǎn)換器有很多優(yōu)點，但它的設(shè)計是一個非常復(fù)雜的過程。通常的設(shè)計方式是利用Matlab來計算并確定?∑ADC的系數(shù)，然后用電路元件包括運算放大器（OPAMP），電阻和電容等來實現(xiàn)，使得在工藝基礎(chǔ)上的電路實現(xiàn)的濾波器系數(shù)等參數(shù)和Matlab的參數(shù)盡量接近。

由于半導(dǎo)體工藝的非理想特性及設(shè)計中不可避免的誤差（如運算放大器（OPAMP）的有限增益及帶寬，電阻，電容元件值的偏離），這些因素都很難在Matlab中得到精確的模擬。比如說，高階積分器中的電容，由于積分器的實現(xiàn)，或正向輸送，或局部反饋，?或I/Q耦合的原因，和多個運算放大器相連，這樣會對各個相連的運放造成不同程度的負載。這在Matlab中很難模擬，但是這是很可能造成局部震蕩的起因；另外，高階連續(xù)時間復(fù)數(shù)正交模數(shù)轉(zhuǎn)換器由于其高階造成的極高信號路徑增益，使得最終系統(tǒng)的性能（如信噪比，3dB通道帶寬，傳輸線性特性）對這些半導(dǎo)體工藝造成的系數(shù)偏差非常敏感，很多系統(tǒng)流片后測試時系統(tǒng)飽和或震蕩而根本不能工作，對于高階?∑ADC的設(shè)計來說更是一個很常見而且嚴(yán)重的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明公開了一種連續(xù)時間高階復(fù)數(shù)正交Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法,包括如下步驟：

a.??首先利用Matlab進行分立低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系數(shù)設(shè)計；

b.??通過脈沖沖擊響應(yīng)匹配將低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系數(shù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)時間低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系數(shù)；

c.??將該連續(xù)時間低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系數(shù)用電路來實現(xiàn)；在此基礎(chǔ)上利用兩個連續(xù)時間低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的電阻耦合來轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)正交Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

d.??固定所有系數(shù)之間的比例關(guān)系，設(shè)定實現(xiàn)所有系數(shù)的電路元件值為參數(shù)，然后利用SpectreMDL進行大批量的參數(shù)化電路模擬，挑選出最優(yōu)化的系數(shù)；

e.??按優(yōu)化的電路實現(xiàn)版圖，此后進行版圖提取，重新選擇關(guān)鍵系數(shù)的電路元件為參數(shù)進行SpectreMDL模擬，并對元件值進行微調(diào)，以獲得最后階段版圖后模擬仿真的優(yōu)化值；

f.??實施流片，設(shè)計結(jié)束。

優(yōu)先地，步驟b還包括根據(jù)低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器脈沖沖擊響應(yīng)穩(wěn)定所需時間，指定脈沖沖擊響應(yīng)的時間間隔和點數(shù)，來進行分立和連續(xù)時間之間的匹配，以獲得連續(xù)時間低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系數(shù)。

優(yōu)先地，所述步驟c還包括利用簡單的運放和電阻/電容組合來實現(xiàn)積分器，并和加法器，乘法器，以及其余的比較器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器一起來實現(xiàn)連續(xù)時間低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器；然后利用兩個連續(xù)時間低通Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的電阻耦合來轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)正交Sigma-Delta?模數(shù)轉(zhuǎn)換器。