高性能音頻∑-△數(shù)模轉(zhuǎn)換器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在2006年提出的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要（2006—2020年）》中確定的未來(lái)15年里16個(gè)重大科技專項(xiàng)中，第一項(xiàng)就是“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件”。作為高端通用芯片之一的高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，被廣泛應(yīng)用于多媒體和各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，其核心技術(shù)目前主要被國(guó)外所壟斷。自主開(kāi)展高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片的研發(fā)，對(duì)于提高我國(guó)電子產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。 本論文研究了音頻信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)。在高精度轉(zhuǎn)換條件下，

2、過(guò)采樣∑—△技術(shù)是目前最好的選擇?！啤鲾?shù)模轉(zhuǎn)換器由插值低通濾波器、數(shù)字∑—△調(diào)制器和模擬后端電路組成。由于這種技術(shù)要求對(duì)數(shù)字IC設(shè)計(jì)、模擬IC設(shè)計(jì)都有比較深入的了解，所以這是各種數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中最具挑戰(zhàn)性的實(shí)現(xiàn)方式。實(shí)現(xiàn)高線性度、低噪聲、低功耗、低成本的數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換是研究的難點(diǎn)。 本論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括： 1、分析了∑—△調(diào)制器原理，對(duì)其穩(wěn)定性問(wèn)題及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究比較和定型。分析了數(shù)字插值濾波器原理，采

3、用CSD碼實(shí)現(xiàn)方式，節(jié)省了硬件開(kāi)銷、減低了芯片功耗。 2、確定了一種多比特量化的∑—△數(shù)模轉(zhuǎn)換器形式，采用直接電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)部DAC實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，降低了功耗。相對(duì)于單比特內(nèi)部DAC結(jié)構(gòu)，這種新型結(jié)構(gòu)在模擬電路的面積和功耗方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。 3、多比特開(kāi)關(guān)電容DAC很難實(shí)現(xiàn)高線性度，設(shè)計(jì)中采用失配誤差整形算法，把失配引入的失真轉(zhuǎn)換為噪聲并外推到信號(hào)帶外的高頻端，大大削弱了引入信號(hào)帶內(nèi)的噪聲干擾。 4、提出了一種新的襯

4、底噪聲有源抵消方法，仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果均證明，該噪聲有源抵消方法可以更高效地減少襯底噪聲干擾，從而為高性能混合信號(hào)IC更為優(yōu)化的版圖設(shè)計(jì)提出一條可行之路。 5、實(shí)現(xiàn)了一款18bit的高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片。采用中芯國(guó)際（SMIC）0.18μm工藝實(shí)現(xiàn)，芯片核心面積1．86m㎡，實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)范圍96dB，最大信噪失真比為88dB。電路各模塊的性能均達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。用硅驗(yàn)證的方法證明了論文思想的正確性和可行性，與國(guó)內(nèi)近幾年測(cè)試成功的音頻數(shù)