使用DWA技术之1.2V连续时间三角积分调变器芯片设计.pdf

在探讨使用DWA技术设计的1.2V连续时间三角积分调变器芯片的过程中，我们将会涉及到以下几个核心知识点： 1. 低电压与低功耗设计：在1.2V的低供给电压下，传统的交换电容电路中的高阻抗开关可能会对信号的振幅和采样频率产生影响。在这样的条件下，设计者们需要考虑到整个电路的功耗问题，特别是对于电池供电的便携式设备而言，低电压低功耗的设计尤为重要。 2. 连续时间三角积分调变器（ΔΣ调变器）：这种调变器能够在较宽的输入频带内工作，适合于低电压及低功耗环境。它们能够有效地解决因电压限制导致的信号幅度和采样频率问题，同时其积分器的频宽限制也较容易被克服。 3. 高阶多位元调变器：由于低阶ΔΣ调变器难以满足高频宽需求，高阶多位元ΔΣ调变器成为了实现高频宽的重要方法。这种设计依赖于回授路径中的数字模拟转换器（DAC）的线性度来保障系统性能。 4. 动态组件匹配（DEM）技术：DEM技术被用于改善DAC的非线性特性，通过动态地匹配各个组件，能够有效地降低由于组件不匹配造成的非线性误差。 5. RC时间常数的变异性：在TSMC0.18μm CMOS制程中，RC时间常数的变异量较大，这会严重影响到系统的稳定性和性能。为此，本设计通过电容调整电路来解决时间常数变异带来的问题。 6. 高取样率电路设计：对于高取样率的调变器设计，低OSR（过采样率）更适合于获取高分辨率并有效降低量化噪声。本设计采用了三阶杂讯转移函数，以达成所需的性能指标。 7. 电路架构：本研究设计了一个以160MHz取样率和8的OSR操作的4位量化器，并且整合了一组三阶主动RC滤波器。此外，为了降低功耗并获得良好的alias滤波特性，采用了前向回授稳定环路滤波器。 8. 运算放大器（opamp）设计：电路中使用了低电压全差动opamp电路。输入级采用差动折叠cascode电路，而输出级则为主动负载的共源极电路。由于差动opamp易受共模电压波动的影响，故此设计加入了共模回授电路（CMFB）来控制输出共模电压。 9. MATLAB工具的应用：在设计过程中，使用MATLAB控制系统工具盒进行模拟和计算，如d2d和d2c函数用于将离散时间系统的参数转换到连续时间域，从而计算出回授系数和滤波器内的RC值。 10. 动态权重分配（DWA）技术：为了改善量化器回授路径中DAC组件的不匹配或非线性问题，采用了DWA技术。DWA通过对DAC组件选取电路进行控制，以平均化由不匹配造成的误差，从而在时间维度上减少了DAC回授误差的影响。 在理解这些概念的基础上，我们可以看到设计者在进行芯片设计时需要考虑诸多因素，包括电源管理、信号完整性、电路稳定性、组件匹配、噪声优化以及温度和制造工艺变异的影响。这些复杂的考量最终都将体现到芯片的整体性能和应用价值上。通过深入研究这些知识点，工程师们能够更好地优化电路设计，以实现更高的数据处理能力和更低的能耗。