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A New Pulse delta-sigma CO2 NDIR Gas Detector

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Optics and Photonics Journal 2016年第8期6卷 219-225页

作者： Steven Z. Y. Shen Chi-Feng Chen Hilbert C. S. Shen Department of Optics and Photonics National Central University Taiwan

This work describes the implementation and the modeling of an infrared gas sensor with pulse delta-sigma sensing architecture. Beyond the conventional technique of constant periodic heating of infrared light source, our proposed delta-sigma architecture with closed-loop feedback system is built with the hybrid combination of a CO2 infrared sensor with a specific wavelength filter, an infrared MEMS heater, a chopper amplifier, threshold comparator, ARM based MPU and discrete electronic devices. After a modeling of system, we built a model for the description of relationship between gas concentration and sensor by the duty of heating. The measurement results show a good linear behavior of signal and it proves to be a practical for all the NDIR measuring techniques and this work also gives a new approach not only to measure gas concentration fast but also obtain the high resolution.

关键词： Carbon Dioxide delta-sigma Gas Sensor NDIR Sensitivity

Novel Design for High Speed and Resolution delta-sigma A/D Converter

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Semiconductor Photonics and Technology 2007年第1期13卷 12-15页

作者： TANG Sheng-xue HE Yi-gang GUO Jie-rong LI Hong-min College of Electrical and Information Engineering Honan University Changsha 410082 CHN College of Physics Science and Information Engineering Jishoo University Jishoo 41600 CHN

The delta-sigma converter is one of the high speed and resolution analog-to-digital modulators. Its implementation needs the low oversampling technique and the multi-bit D/A converter. The noise induced by the multi-bit D/A converter becomes one of the key factors deteriorating the signal-to-noise rate of the delta-sigma A/D converter. A novel structure with signal unity transfunction, dynamic element matching(DEM) and noise-shaping is discussed. The method is investigated to design converter based on the proposed structure. The behavior simulation indicates that the structure and the design method are feasible.

关键词： delta-sigma dynamic element matching(DEM) noise transfer function(NTF)

一种用于差分电容检测的电荷delta-sigma调制器的研究

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传感技术学报 2006年第5B期19卷 2252-2254,2259页

作者：王展飞李志宏北京大学微电子研究院微米/纳米加工技术国家重点实验室北京100871

研究一种用于差分电容传感器检测的电荷delta-sigma调制器结构.在该检测电路中不需要C/V转换电路,待检测的差分电容直接作为调制器环路的输入电容,差分电容的变化量首先被转换为变化的电荷,然后被调制成一位的数字输出信号.文章最后给... 详细信息

研究一种用于差分电容传感器检测的电荷delta-sigma调制器结构.在该检测电路中不需要C/V转换电路,待检测的差分电容直接作为调制器环路的输入电容,差分电容的变化量首先被转换为变化的电荷,然后被调制成一位的数字输出信号.文章最后给出了一个二阶的delta-sigma调制器的行为级仿真结果.

关键词：电容检测 delta-sigma 电容传感器

全差分四阶delta-sigma调制器的研究与设计

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全差分四阶Delta-Sigma调制器的研究与设计

作者：李棒西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着信息科技的持续发展,高性能delta-sigma ADC的需求与日俱增。因为离散时间delta-sigma ADC对时钟和工艺更加不敏感,所以具有很高的应用和研究价值。离散时间delta-sigma ADC系统由调制器和降采样滤波器两部分组成,其中降采样滤波器... 详细信息

随着信息科技的持续发展,高性能delta-sigma ADC的需求与日俱增。因为离散时间delta-sigma ADC对时钟和工艺更加不敏感,所以具有很高的应用和研究价值。离散时间delta-sigma ADC系统由调制器和降采样滤波器两部分组成,其中降采样滤波器是数字滤波器,而ADC的核心模拟电路均位于调制器。因此本文便设计了一种应用于仪器仪表的delta-sigma调制器。论文主要工作包括:在深入研究过采样、噪声整形技术的基础上,对比分析了delta-sigma调制器的几种常用结构。在系统设计层面,基于离散时间架构,提出了一种单环前馈4阶4比特量化的设计方案。首先进行了系统参数的设计,为了能够达到良好的系统稳定性,通过设定噪声传输函数的极点z=0.91为边界条件来进行计算,并且利用理想Simulink模型进行了验证。其次考虑到实际电路应用情况,需要对各种非理想因素进行验证。针对每一种非理想因素,均单独进行建模并与理想模型进行仿真对比,完成定量评估,为电路级优化设计提供依据。最后对DWA算法进行了建模验证,仿真了系统在经过DWA算法校正时,有效位数和电路谐波的改善情况,其仿真结果表明,DWA校正之后的模型有效位数显著提高,因此对于高性能调制器系统设计而言,DWA校正是必要和有效的。在电路设计层面,本文基于模块化设计方式,分别设计和仿真了量化器、反馈DAC、积分器、时钟产生电路和前馈求和加法器。其中,量化器使用速度占优的Flash ADC,并重点设计了其中的比较器电路,优化了量化速度,使其误差更小,仿真得到系统失调217μV,随机误差失调1.67mV;反馈DAC利用温度计码代替传统的二进制控制,实现了更小的DAC非线性;积分器采用带延时的SC积分器,其中重点设计运放电路,采用带增益提高级的电路结构,实现了122dB的高增益;时钟电路在输入1MHz的情况下,准确输出了45%占空比的非交叠时钟;而前馈求和加法器则采取了有源加法器,性能比无源的类型更有优势。针对调制器整体电路的仿真结果表明,在输入幅度0.7V、频率1.77kHz的正弦波条件下,可实现OSR 32时调制器有效位数达14.85bits,SNDR达91.16 dB。在输入频率更低时(305Hz),电路能够实现效位数15.23 bits,SNDR 93.4dB的更优结果。

关键词：调制器单环前馈 delta-sigma 快闪型模数转换器

用于UHF RFID阅读器芯片的完全前馈式多比特delta-sigma调制器设计

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用于UHF RFID阅读器芯片的完全前馈式多比特Delta-Sigma调制器设计

作者：姚祺杰华东师范大学

学位级别：硕士

不同于Nyquist模数转换器,delta-sigma模数转换器由于其不需要精确的无源器件匹配,在越来越多的领域扮演重要的角色。本文基于0.18μm CMOS工艺,根据UHF RFID阅读器芯片的要求设计了一款用于模数转换的开关电容型delta-sigma调制器,取... 详细信息

不同于Nyquist模数转换器,delta-sigma模数转换器由于其不需要精确的无源器件匹配,在越来越多的领域扮演重要的角色。本文基于0.18μm CMOS工艺,根据UHF RFID阅读器芯片的要求设计了一款用于模数转换的开关电容型delta-sigma调制器,取得的工作成果如下：1、在基本理论方面,首先根据线性模型详细分析了delta-sigma调制器的基本工作原理并且分析了其三种常见结构的特点。此外根据非线性的模型分析了delta-sigma调制器的稳定性。最后分析了其对于采样时钟的要求。2、系统设计上,采用了单环三阶四比特量化结构,其环路滤波器采用完全前馈结构实现。通过行为级仿真验证了其相对于传统反馈结构的优势：各级积分器的输出摆幅小于参考电压的10%,这将大大减轻对于运放性能的要求。此外,通过DWA技术抑制了非理想多比特反馈DAC的问题。最后,通过行为级仿真来确定了各个模块电路的性能指标。3、电路设计上,采用一种闭环的有源求和电路,使系统能够处理更大的输入信号幅度(-1dBFS)。由于其闭环结构,相对开环的求和电路,其对工艺的偏差不敏感。此外还对该电路的非理想特性进行了定性分析从而指导求和电路中运放结构的选取。4、完成了调制器模拟电路部分所有的晶体管级电路设计与版图设计。后仿真结果表明,调制器在48MHz采样速度下能够在1.5MHz带宽内达到12比特以上的有效位数,在3.3V电源电压下消耗电流5mA。本论文受国家自然科学基金《超高频射频识别读写器芯片的多噪声建模与优化方法研究》(61306034)和《移动式UHF RFID阅读器防碰撞问题研究与测试验证》(61302005)资助。

关键词： delta-sigma 多比特反馈完全前馈模数转换器 DWA

用于计量的高精度delta-sigma ADC的设计

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用于计量的高精度Delta-Sigma ADC的设计

作者：姬厚琛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

计量用ADC需要很高的精度，而目前delta-sigma是设计高精度ADC的主要选择结构。因而采用结合了过采样和噪声整形技术的delta-sigma结构来进行设计。本文设计了一个集成了片内可编程增益放大器（PGA）和带隙基准的高精度delta-sigma ADC... 详细信息

计量用ADC需要很高的精度，而目前delta-sigma是设计高精度ADC的主要选择结构。因而采用结合了过采样和噪声整形技术的delta-sigma结构来进行设计。本文设计了一个集成了片内可编程增益放大器（PGA）和带隙基准的高精度delta-sigma ADC。本文首先对课题的研究背景做了介绍，然后详细阐述了delta-sigmaADC的组成及工作原理。同时，详细讨论了运算放大器有限直流增益、有限带宽、有限摆率，电容失配，采样开关的非零导通电阻，系统死区，空闲音(idle tone)以及系统稳定输入范围等非理想因素对系统性能的影响。随后根据所要求的指标进行系统级设计，主要包括delta-sigma调制器的结构选取、调制器阶数和过采样率的确定、积分器增益和前馈系数的确定。设计出三阶单环前馈一位量化过采样率为512的delta-sigma ADC，采用全差分开关电容电路实现可编程增益放大器(PGA)、积分器、比较器、加法器和数模转换器(DAC)。数字电路部分采用无符号数的形式实现数字降采样滤波器，并完成分频器、增益控电路、过载检测电路、串行接口电路和校准电路的设计。对设计的调制器进行了相应的非理想特性的系统级验证。最后采用GF0.35μm CMOS工艺进行电路设计和版图设计。版图后仿真结果表明，在19Hz的信号带宽内ADC噪底在-143dB以下，谐波在-110dB以下，模拟部分总功耗为3.777477mW。验证结果表明电路性能满足设计要求。

关键词： delta-sigma 三阶前馈全差分开关电容电路数字降采样滤波器

一种高精度delta-sigma型A/D转换器的设计

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一种高精度Delta-Sigma型A/D转换器的设计

作者：杨靖西北工业大学

学位级别：硕士

本论文主要基于“一种高精度脉冲输出的电能计量集成电路”项目中关于delta-sigma模数转换器的设计部分，论文中在对delta-sigma模数转换器原理进行深入理解的基础上，提出了一种高精度delta-sigma模数转换器的解决方案，并运用于以上... 详细信息

本论文主要基于“一种高精度脉冲输出的电能计量集成电路”项目中关于delta-sigma模数转换器的设计部分，论文中在对delta-sigma模数转换器原理进行深入理解的基础上，提出了一种高精度delta-sigma模数转换器的解决方案，并运用于以上项目中取得很好的效果。论文首先详尽地介绍了delta-sigma模数转换器的基本原理及其应用，同时对delta-sigma模数转换器的前沿和发展方向进行了一定地研究与探讨，之后介绍了可以用在delta-sigma模数转换器设计当中的几种特殊数字降频滤波器的原理与设计方法。在对原理有较深刻认识的基础上，提出了实现18位精度的单环高阶delta-sigma模数转换器的解决方案，并叙述了整个方案的算法实现过程。最后，将此解决方案运用在以上项目中，并对整个项目进行了简要地描述。

关键词： delta-sigma 积分梳状滤波器半带滤波器电能计量模数转换器过采样噪声整形 IC设计

基于delta-sigma技术的雷达波形产生

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基于Delta-Sigma技术的雷达波形产生

作者：施彦电子科技大学

学位级别：硕士

随着数字技术的发展,数字雷达技术正在得到广泛的应用,雷达信号的产生也由模拟技术发展到数字技术,基于delta-sigma调制的波形合成技术由于其结合了过采样与噪声整形技术,能够以1Bit D/A转换器获得高信噪比的模拟信号,克服了传统基于PC... 详细信息

随着数字技术的发展,数字雷达技术正在得到广泛的应用,雷达信号的产生也由模拟技术发展到数字技术,基于delta-sigma调制的波形合成技术由于其结合了过采样与噪声整形技术,能够以1Bit D/A转换器获得高信噪比的模拟信号,克服了传统基于PCM调制的波形产生技术杂散电平高的缺点,可以作为产生雷达发射波形和本振信号的新的技术途径。本文研究了基于delta-sigma调制的波形合成的关键技术,主要包括:delta-sigma调制的原理和结构、高阶调制器的稳定性分析与优化、带通delta-sigma调制器的结构。并设计了一个基于FPGA的实验电路板对基于delta-sigma调制的波形合成技术进行了验证。该实验板采用USB 2.0与主机进行数据传输,能够产生2.488GHz的高速比特流,以2.488GHz的采样频率实现基于低通或带通1Bit delta-sigma调制的波形产生,可以用于基带I、Q路的波形或中频信号波形的产生。本文所做的工作主要如下:1.设计高阶低通、带通调制器的噪声传递函数,并对调制器进行了仿真。2.提出一种采样频率为2.488GHz的1Bit delta-sigma的波形产生系统的方案。3.完成了1Bit delta-sigma的波形产生试验电路的原理图设计与PCB绘制。4.用Verilog语言完成FPGA控制时序的编写。5.完成了试验电路板的调试。

关键词： delta-sigma 雷达波形产生 FPGA USB

基于delta-sigma调制的磁传感器读出电路设计

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基于Delta-Sigma调制的磁传感器读出电路设计

作者：柴东阳电子科技大学

学位级别：硕士

随着物联网和高科技制造行业的快速发展,磁传感器在包括电子罗盘、磁盘读取、无刷电机、汽车、智能交通、电源设备、环境监测等众多方面发挥着愈来愈重要的作用。而作为磁传感器与计算机连接的重要一环,磁传感器读出电路的设计也变得更... 详细信息

随着物联网和高科技制造行业的快速发展,磁传感器在包括电子罗盘、磁盘读取、无刷电机、汽车、智能交通、电源设备、环境监测等众多方面发挥着愈来愈重要的作用。而作为磁传感器与计算机连接的重要一环,磁传感器读出电路的设计也变得更加有意义。磁传感器输出的电压信号一般是mV量级的模拟信号,不能直接送入计算机处理,而且很容易被后续电路的失调和噪声所淹没。读出电路的作用就是将模拟信号无损放大,再转化为数字信号。故读出电路包含两个主要的模块:前置放大器和模数转换器。鉴于斩波运放在失调消除方面的良好效果,本文使用斩波运放作为前置放大器。传统的奈奎斯特型ADC对工艺的要求比较高,因为模拟电路的元器件的匹配性会影响转换的精度。而基于过采样技术和噪声整形技术的delta-sigma ADC在获得高精度的同时大大降低了对模拟电路的要求。而且考虑到磁传感器极低的输出频率,delta-sigma ADC就是读出电路模数转换器的最佳选择。本文在CSMC 0.5?m CMOS工艺下,完成了一款电源电压3.3 V,分辨率12位,采样速率3 kSPS的基于delta-sigma调制的磁传感器读出电路的设计。本文首先介绍了读出电路的基本原理,包括delta-sigma调制和动态失调消除。同时对过采样、噪声整形、自校零技、斩波技术等基本概念进行详细的解读。接着分析了读出电路的各个非理想因素及其影响,例如环路ADC、DAC的非理想特性、采样时钟抖动、积分器的非理想因素等等。并用Simulink对读出电路进行理想与非理想的系统级建模与仿真。最后使用整个读出电路的电路级设计,包括带隙基准、低失调前置放大器、delta-sigma调制器、时钟发生器等模块。在分析各模块的工作原理后使用Hspice进行仿真并给出仿真结果。在输入频率为1.3125 KHz正弦波的情况下,读出电路有效位数12.38 bit,信噪比为76.3 dB,无杂散动态范围83.4 dB,整体电路功耗为8 mW。

关键词：磁传感器读出电路 delta-sigma 斩波运放