高精度增量式Σ-ΔADC的研究与设计

作     者：陈思海 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姚素英

授予年度：2014年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：增量式Σ-ΔADC 失调误差消除 电池监测系统 余误差量化 

摘      要：随着现代信号处理系统的飞速发展，要求ADC的精度越来越高。Σ-Δ ADC采用过采样技术和噪声整形技术可以满足高精度的要求，而不受模拟电路器件匹配精度的限制。因此，在各种领域得到广泛应用。增量式Σ-Δ ADC是一种过采样Σ-Δ ADC，其输入信号为极低频的信号，甚至是直流量，主要应用于仪器仪表和传感测量领域，其对失调误差、积分非线性和微分非线性要求很高。增量式Σ-Δ ADC每次进行量化之前需要对电路中的积分器、滤波器进行复位，以消除上一次量化的信息，可以认为是传统的Σ-Δ ADC工作在瞬态量化模式。 本论文研究了增量式Σ-Δ ADC的工作原理，分别从时域和频域推导出其量化精度的表达式。根据时域和频域的推导结果，增量式Σ-Δ ADC可以向两个不同的方向进行高精度扩展，分别为余误差量化和高阶调制器结构。增量式Σ-ΔADC多采用开关电容结构实现，因此本论文对输入信号噪声、开关的非理想因素、积分器的非理想因素和时钟抖动误差进行了分析，详细讨论了上述噪声对增量式Σ-Δ ADC的影响，并提出了一种用于增量式Σ-Δ ADC系统的失调误差消除方法。 本论文设计了一款应用于电池组监测芯片中的ADC。该ADC为二阶前馈增量式Σ-Δ ADC，采用5V的电源电压，对-0.3V的电池电压范围进行量化，实现12Bit的量化精度。采用VIS的0.4um BCD工艺进行电路设计、仿真验证、版图设计和后仿真验证。仿真结果表明，所设计的增量式Σ-Δ ADC能够实现电路功能并满足系统设计指标。