石英陀螺Sigma-Delta帶通調制器的設計.pdf

1、 國內圖書分類號： TN431.1 學校代碼：10213 國際圖書分類號： 621.3 密級： 公開 工程碩士學位論文 碩士學位論文 石英陀螺 Sigma-Delta 帶通調制器的設計 碩 士 研 究 生： 范凌云 導 師： 劉曉為教授 申 請 學 位： 工程碩士 學 科： 集成電路工程 所 在 單 位： 微電子科學與

2、技術系 答 辯 日 期： 2017 年 6 月 授予學位單位： 哈爾濱工業(yè)大學 哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文 -I- 摘 要 近年來半導體行業(yè)迅猛發(fā)展使各類電子產品性能得到了質的飛躍，使國防科技力量和人民生活質量都有了很大的提升。雖然國內半導體行業(yè)也在突飛猛進，但對于一些核心芯片的研究卻始終未能有突破性成果。信號鏈包括數(shù)字信號處理部分與模擬接口電路部分，隨著前者信號處理能力日益提升，后者已然成為約束信號鏈性能上升的瓶頸。當

3、前 MEMS 傳感器在軍民兩用中都扮演著重要的角色，石英陀螺儀為其重要分支。 Sigma-Delta ADC 作為傳感器系統(tǒng)中重要的模擬接口電路組成部分，影響著整個石英陀螺儀的性能參數(shù)。其中調制器作為 ADC 中核心模塊單元，研制出高指標的調制器有著重要意義。 調制器包括低通型與帶通型這兩種功能不同的類別。當前在信號調制領域中，大部分科研工作者對低通調制器研究的針對性較強，而帶通調制器的研究相比之下就較為匱乏。本設計結合實驗室石英陀螺儀

4、傳感器的項目需要，以帶通型代替低通型作為 ADC 中的模擬前端調制器， 對其進行了相應研究并讓設計的創(chuàng)新性有所提升。本課題中帶通型調制器基于低通轉化為帶通的理論基礎來設計，由基本低通型轉化而來。 本文設計思路是首先將帶通型調制器在 Simulink 中完成系統(tǒng)級模型建立與仿真， 確保模型可行性后再對非理想因素研究分析。 然后在 0.35µm CMOS 制造工藝、電源電壓±2.5V 的環(huán)境下搭建系統(tǒng)整體電路、仿真驗證、

5、版圖繪制，其主要模塊單元為諧振器、全差分運放、一位量化器、不交疊時鐘產生電路等。 該帶通調制器具有通帶中心頻率可控功能，可根據輸入的數(shù)字邏輯電平來調節(jié)，并且能夠根據數(shù)字邏輯電平的輸入值來精確地控制通帶中心頻率在采樣頻率的 1/6、1/4、1/3 處，通帶寬度為 200Hz。當采樣頻率 fs=64kHz 時，令其具有不同通帶中心頻率并進行仿真。前仿真結果表明，該帶通型調制器在不同通帶中心頻率下信噪比均值約 80dB， 輸入動態(tài)范圍為 70