具平均元件误差交换电容电路技术之积分三角调变器电路设计.pptVIP

wei-chih wei-chih 具平均元件誤差之交換電容電路技術之積分三角調變器電路設計 汪輝明、洪偉智 南台科技大學電機工程系 June 5, 2009 Outline 積分三角調變器特性 積分三角調變器架構選擇 平均元件誤差交換電容電路應用 Monte Carlo 模擬 結論 積分三角調變器 (Sigma-Delta Modulator, SDM)特性 超取樣率(Oversampling Ratio, OSR) 雜訊移頻(Noise shaping) 積分三角調變器特性 非線性系統 影響SNR三大因素 階數 量化器位元素 OSR 積分三角調變器架構選擇 積分三角調變器架構選擇 積分三角調變器架構選擇 平均元件誤差交換電容電路 平均元件誤差交換電容電路 DEM DEM (Data Weighted Averaging) 平均元件誤差交換電容電路 Monte Carlo 模擬 訊號頻寬：1.92MHz 超取樣率：12 Monte Carlo 模擬 結論 低階、低取樣率將是SDM的趨勢，導入多位元量化器也突顯出重要性。 透過平均元件誤差交換電容電路，可有效的提升量化器的位元數，並確實精簡、克服電路設計的複雜度，對DAC的非線性使之降低對效能的影響。 * * SNR=6.02N+1.76+10log(OSR) N=量化器位元數 fs/2 fb PSD Signal Quantization noise in Nyquist converters Quantization noise in Oversampling converters Quantization noise in Oversampling converters fs/2 fb PSD Signal fs/2 fb PSD Signal Quantization noise in Oversampling and Noise shaping converters Y(z)=Z-LX(z)+(1-Z-1)LQ(z) DAC X(z) Q(z) Y(z) Nyquist Sampling (1-Bit) fb Third Order SDM Oversampling fs/2 Second Order SDM First Order SDM 電路複雜度高 回授電路線性度對效能的影響 低階、低超取樣率就可獲得高解析度 多位元 SDM 輸入訊號受限 系統穩定度低 電路複雜度高 解析度高 Tone低 高階 SDM 解析度低 Tone高 系統穩定度高 電路、回授電路複雜度低 輸入訊號範圍full scale 低階 SDM 缺點 優點 SDM架構 Gn-1Hn-1 G1H1 G2H2 G3H3 GnHn N-Bit DAC Y(z) X(z) A1 A3 A2 An-1 An B1 Bm Quantizer N-Bit n=2m+1 Gn-1Hn-1 G1H1 G2H2 G3H3 GnHn N-Bit DAC Y(z) X(z) A1 A3 A2 An-1 An B1 Bm Quantizer N-Bit n=2m+1 (B) (A) Feedforward Multiple-Feedback dB 60 運算放大器增益 MHz 250 運算放大器頻寬 V Vcm ±0.8 參考電壓 V 1 輸入電壓(Vpp) 單位 Single loop FF、 3-order 、3-Bit SDM 架構 三位元平均元件誤差交換電容電路 Y(z) X(z) 3-Bit 平均元件誤差交換電容電路 交換電容電路(Switch Capacitor circuit, SC) φ2 X(z) y(z) φ1 Cs φ2 φ1 Ci (B) φ2 X(z) y(z) φ2 Cs φ1 φ1 Ci (A) 平均元件誤差交換電容電路 三位元平均元件誤差交換電容電路 4c 1c 2c 7c 回授電壓 Thermometer control unit Vref+ Vref- Vref+ Vref- Vref+ Vref- OP 1c 2c 7c 1c 4c 7c 1c 7c 4c 1c 2c 7c φ2 φ1 φ2 φ2 φ1 φ2 φ2 φ1 φ2 φ2 平均元件誤差交換電容電路 四位元平均元件誤差交換電容電路 4c 1c 2c 15c 回授電壓 Vref+ Vref- Vref+ Vref- Vref+ Vref- Vref+ Vref- Thermometer control unit 8c OP 1c 2c 15c 1c 15c 4c 1c 2c 15c 8c φ2 φ1 φ2 φ2 φ1 φ2 φ2 φ1