[發明專利]連續時間高階復數正交Sigma-Delta 模數轉換器的設計方法

有效

• 申請號: 201310255954.2
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103414475A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 楊俊杰;楊柳
• 申請（專利權）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

技術領域

本發明涉及電子工程中的半導體工藝和電路設計技術，特別是連續時間高階復數正交Sigma-Delta?模數轉換器的設計方法。

背景技術

?∑ADC具有很多優良特性，如抗混疊濾波，內在線性，低功耗和易實現高精度轉換，所以在混合信號系統特別是通訊系統中得到了廣泛的應用。復數正交模數轉換器（Complex?Quadrature??∑ADC?）在無線中頻（IF）系統中是一種非常有效的應用。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(Over-sampling?Ratio)高從而獲得或模數轉換的高精度，對于中頻頻率（IF）比較高的系統導致取樣時鐘頻率也很高；而復數正交模數轉換器（Complex?Quadrature??∑ADC?）的過取樣系數只是在信號帶寬基礎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的工藝要求；（2）復數正交帶通模數轉換器（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（order)只是一般帶通帶通模數轉換器（Bandpass??∑ADC?）的一半，所以在功耗面積方面都有很大減少。圖1是一個典型的復數正交帶通模數轉換器（Quadrature?Bandpass??∑ADC?）在無線中頻（IF）系統的應用。

雖然連續時間復數正交模數轉換器有很多優點，但它的設計是一個非常復雜的過程。通常的設計方式是利用Matlab來計算并確定?∑ADC的系數，然后用電路元件包括運算放大器（OPAMP），電阻和電容等來實現，使得在工藝基礎上的電路實現的濾波器系數等參數和Matlab的參數盡量接近。

由于半導體工藝的非理想特性及設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，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，高階連續時間復數正交模數轉換器由于其高階造成的極高信號路徑增益，使得最終系統的性能（如信噪比，3dB通道帶寬，傳輸線性特性）對這些半導體工藝造成的系數偏差非常敏感，很多系統流片后測試時系統飽和或震蕩而根本不能工作，對于高階?∑ADC的設計來說更是一個很常見而且嚴重的問題。

發明內容

針對以上問題，本發明公開了一種連續時間高階復數正交Sigma-Delta?模數轉換器的設計方法,包括如下步驟：

a.??首先利用Matlab進行分立低通Sigma-Delta?模數轉換器的系數設計；

b.??通過脈沖沖擊響應匹配將低通Sigma-Delta?模數轉換器的系數轉換為連續時間低通Sigma-Delta?模數轉換器的系數；

c.??將該連續時間低通Sigma-Delta?模數轉換器的系數用電路來實現；在此基礎上利用兩個連續時間低通Sigma-Delta?模數轉換器之間的電阻耦合來轉換成復數正交Sigma-Delta?模數轉換器；

d.??固定所有系數之間的比例關系，設定實現所有系數的電路元件值為參數，然后利用SpectreMDL進行大批量的參數化電路模擬，挑選出最優化的系數；

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

f.??實施流片，設計結束。

優先地，步驟b還包括根據低通Sigma-Delta?模數轉換器脈沖沖擊響應穩定所需時間，指定脈沖沖擊響應的時間間隔和點數，來進行分立和連續時間之間的匹配，以獲得連續時間低通Sigma-Delta?模數轉換器的系數。

優先地，所述步驟c還包括利用簡單的運放和電阻/電容組合來實現積分器，并和加法器，乘法器，以及其余的比較器，數模轉換器一起來實現連續時間低通Sigma-Delta?模數轉換器；然后利用兩個連續時間低通Sigma-Delta?模數轉換器之間的電阻耦合來轉換成復數正交Sigma-Delta?模數轉換器。