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研究生: 周亞忻
Ya-Hsin Chou
論文名稱: 操作於音頻之可降低偏移電壓效應的二階三角積分類比數位轉換器
Reducing the Offset Voltage Effect in a Second-Order Delta-Sigma AD Converter for Audio Frequency Applications
指導教授: 姚嘉瑜
Chia-Yu Yao
口試委員: 陳伯奇
Poki Chen
陳筱青
Hsiao-Chin Chen
彭盛裕
Sheng-Yu Peng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 66
中文關鍵詞: 三角積分調變器切換式電容積分器雙重取樣偏移電壓消除
外文關鍵詞: Delta-Sigma Modulator, Switched-Capacitor Integrator, Double Sampling, Offset Voltage Cancelling
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  • 類比數位轉換器是非常重要的電路,負責將類比訊號轉換成數位訊號,現今已被廣泛地應用在DSP中對類比訊號的處理,而且是影響系統整體效能的關鍵元件。三角積分調變器與超取樣技術早被應用於現代超大型積體電路設計中的類比數位轉換器。類比數位轉換器有許多種類,而三角積分調變器最大的特色是能將量化雜訊移至高頻端,而且使用低通濾波器濾除,達到一個高解析度的數位訊號。
    本論文設計了一個操作於音頻的二階三角積分類比數位轉換器。在傳統的積分器上,運算放大器的差動輸入端有可能因為製程的關係,導致輸入端不對稱,產生偏移電壓,進而造成三角積分調變器的解析度下降。本論文提出一個可以降低偏移電壓對解析度影響的雙重取樣積分器電路,在不增加取樣頻率的情況下,得到兩倍OSR的效果。本論文的三角積分調變器,解析度達到16.19bit,電路使用TSMC 1P6M 0.18m製程設計,晶片面積為0.99 mm2,功率消耗為3.92 mW。


    The analog-to-digital converter (ADC) is an important building block in the modern electronic systems. It converts the analog signal into digital form such that it can be processed in a digital signal processing system. There are many different kinds of ADCs. Among them, the ADC that employs the delta-sigma modulator and the oversampling technique pushes the quantization noise to high frequencies and conserves the desired signal at the low frequencies. The quantization noise is therefore easily removed by a low-pass filter. This advantage makes the ADC easily achieve high resolution, especially for audio applications.
    In this thesis, I design a second-order ADC for audio applications. The offset voltage of the operational amplifier of my circuit is cancelled by the auto-zeroing technique. A novel double sampling technique is used without increasing the clock rate of the converter. Thus, the oversampling ratio is doubled. The resolution of the proposed ADC is 16.19 bits. The circuit is designed in TSMC 1P6M 0.18um CMOS technology. The chip area is 0.99 mm2 and the estimated power consumption of the proposed ADC is 3.92 mW.

    目錄 摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XI 第一章 概論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 1 1.3 研究流程 3 1.4 論文架構 3 第二章 超取樣三角積分調變器原理介紹 5 2.1 介紹 5 2.2 奈奎式取樣定理 5 2.3 量化誤差 6 2.4 超取樣技術 9 2.5 雜訊移頻技術 10 2.6 一階三角積分調變器 12 2.7 二階三角積分調變器 14 2.8 高階三角積分調變器 15 2.8.1 單迴路架構 16 2.8.2 多級雜訊移頻 17 第三章 系統規格與電路設計考量 19 3.1 二階三角積分調變器 19 3.2 Simulink系統模擬 19 3.3 交換式電容積分器 26 3.3.1 具有Offset消除機制的非反向交換式電容積分器 26 3.3.2 有Offset消除機制的雙重取樣非反向交換式電容積分器 28 3.4 非反向交換式電容積分器的非理想效應 33 3.5 考慮非理想效應的三角積分調變器系統模擬 34 第四章 三角積分調變器電路設計 39 4.1 運算放大器設計 39 4.1.1 雙級組態運算放大器設計 39 4.1.2 偏壓電路設計 41 4.1.3 放大器電路模擬結果 42 4.2 量化器電路設計 44 4.3 類比開關設計 45 4.4 非重疊時脈產生器之設計 48 4.4.1 非重疊時脈產生器之電路 49 4.5 三角積分調變器系統之電路實現 50 4.5.1 三角積分調變器系統之前模擬結果 51 4.5.2 三角積分調變器系統之後模擬結果 54 4.5.3 文獻比較 58 第五章 電路佈局與量測考量 60 5.1 系統佈局考量 60 5.2 系統佈局圖 61 5.3 量測考量 62 第六章 結論與未來展望 64 6.1 結論 64 6.2 未來展望 64 參考文獻 65

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    無法下載圖示 全文公開日期 2016/11/15 (校內網路)
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