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高精度数字麦克风读出技术研究

高精度数字麦克风读出技术研究

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作者：肖健西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着半导体及MEMS技术的发展与成熟,消费类电子产品呈小型化、智能化趋势发展,对拾声单元要求也逐步提高。数字MEMS麦克风以其集成度高、成本低、抗干扰性强、稳定性高等特点正在逐步取代驻极体麦克风。本论文紧跟发展趋势,对数字MEMS... 详细信息

随着半导体及MEMS技术的发展与成熟,消费类电子产品呈小型化、智能化趋势发展,对拾声单元要求也逐步提高。数字MEMS麦克风以其集成度高、成本低、抗干扰性强、稳定性高等特点正在逐步取代驻极体麦克风。本论文紧跟发展趋势,对数字MEMS麦克风读出技术进行了系统性研究,并重点关注影响麦克风精度的两个关键性指标。数字MEMS麦克风读出技术主要体现在三个方面:1.为MCM传感器提供偏置高压;2.读取并预放大传感器输出信号;3.完成模数转换实现数字输出。论文根据研究内容设计了一款高精度数字输出MEMS麦克风读出芯片,验证了研究内容,论述了设计中的考虑因素。本文研究工作如下:1.在麦克风读出技术中着重考虑了非线性指标,摒弃了传统读出电路中只重视噪声的方式。随着MCM灵敏度的提高,电路的非线性愈加严重,谐波失真对音质的影响力将和噪声一样。前置放大器采用高线性度结构,通过高负反馈系数稳定输入管三端间电压,5mV正弦输入谐波失真为0.001572%。2.带隙基准采用了低噪声结构,1kHz附近等效输出噪声为Hz248.1nV/;对前置放大器进行了噪声与线性度的折中,折中后的等效输入噪声在1kHz附近为（?）。3.电荷泵采用改进的四相时钟电荷泵,有效防止了电荷逆流,减小了输出电压纹波峰峰值,有效降低了MCM传感器因偏置电压不稳定而产生的噪声。4.采用四阶Sigma-delta ADC进行过采样与噪声整形,提高了SQNR;采用全前馈结构降低了电路非线性对信号的影响;采用一个内部反馈节点优化NTF（Z）零点,进一步降低了带内量化噪声。5.积分器中的OTA直流增益高达94dB,单位增益带宽高达109MHz,有效降低了非理想因素对Sigma-delta ADC的影响。读出电路采用Dongbu Hitek 0.18μm BCD工艺进行设计,使用Cadence IC和Matlab进行仿真验证,并进行版图布局设计。整体电路SINAD达到103.2dB,折合ENOB达到16.85Bit,满足高精度设计要求。

关键词：数字麦克风线性度低噪声 Sigma-Delta模数转换器全前馈结构

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采用高精度反馈DAC的Delta-Sigma调制器的研究与设计

采用高精度反馈DAC的Delta-Sigma调制器的研究与设计

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作者：何懿炜电子科技大学

学位级别：硕士

在当今信号处理技术中,要对信号进行处理,需要模拟信号通过输入进入模数转换器,转化成数字信号,然后经过专门的数字信号处理过程之后,再通过数模转换器以及执行器转化成现实世界所需要的模拟信号,其中模数转换器的性能将直接影响信号处... 详细信息

在当今信号处理技术中,要对信号进行处理,需要模拟信号通过输入进入模数转换器,转化成数字信号,然后经过专门的数字信号处理过程之后,再通过数模转换器以及执行器转化成现实世界所需要的模拟信号,其中模数转换器的性能将直接影响信号处理的精度。其中高精度的模数转换器在生物医疗、高精密度音频设备、应用接口等领域的应用也变得越来越广泛,高精度的Delta-Sigma ADC的设计也变成了模数转换器设计的主流方向之一。针对高精度宽带的Delta-Sigma ADC应用,本文在0.188μmCMOS集成工艺下,基于Cadence软件,设计了一款采用高精度DAC反馈的Delta-Sigma调制器,在高带宽与高精度DAC反馈的基础上,尝试将精度提升到更高的水平。本文对不同架构的Delta-Sigma调制器进行了优劣势分析,最终选择了4阶4bit CRFF结构进行建模仿真以及电路设计。在Matlab建模仿真中,我们对Delta-Sigma调制器的几种主要的非理想效应进行模拟,并对系数进行计算,得到了最终建模结果。根据模型的参数,随后我们进行了电路设计、模块验证与整体仿真验证。在整体电路仿真验证中,调制器在输入信号频率为28.07k Hz与90.33k Hz、幅度为-0.6d B的情况下均实现了111.15d B以上的信噪失真比与122.37d B以上的无杂散动态范围,整体电路带宽为100k Hz,时钟频率为10MHz,最终实现了FoM=172.05d B的Schreier品质因子,满足设计指标。

关键词： Delta-Sigma调制器全前馈结构高精度DAC反馈高阶噪声整形 DAC失配整形

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