16位Σ-Δ模数转换器设计以及在电能表中的应用.pdf

浙江大学
硕士学位论文
16位Σ-Δ模数转换器设计以及在电能表中的应用
姓名:吴鹏
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:何乐年
20050224
一——一鲨堕塑堂丝塑二一———弛甖摘要过采样,开关电容电路,,需要模数转换器对电流和电压传感器的电压信号进行处理。由于采用∑一△调制结构的挥薪细叩钠骷匦云ヅ湟G螅酝饨缁肪车囊览敌越闲。并且易于系统集成,因此相对于其他类型的屎嫌谟τ糜诘缒芗屏啃酒本论文主要设计一个应用于电能计量芯片的位的二阶∑一△调制器,其采样频率为,信号带宽为1韭畚氖紫冉樯芰恕埔弧鞯髦萍际踉诠外的发展现状以及趋势,然后分析了采用∑一△模数转换器的电能计量芯片的结构以及工作原理,并阐述了∑一△调制器的基础,接着再分析了在设计二阶∑一△调制器中所要考虑和解决的问题,主要是如何改进积分器性能和改善电路噪声,最后详细讨论了本设计中各单元模块具体电路结构的实现,主要是积分器,全差分运放,比较器结构的选择和设计,并给出了各个模块和整体模块的仿真结果。关键字:∑一△调制器,信噪比,随着电子电度表应用的普及,电能计量芯片得到了广泛的应用。在电能计量
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第一章绪论国内外发展现状及趋势立题意义现信号的处理,由于全模拟信号的处理往往很难获得很高的精度,因此,当对测量信号分辨率的要求很高时,模拟乘法器往往很难实现对信号的有效处理,一般最高也就达到位的精度水平,但是采用∑一△技术来实现时,往往很容易获得位甚至位以上的精度,因此,现在实际应用中的电子电度表的测量往往都采通常,电能计量芯片将电流通道和电压通道的采样信号相乘得到反应瞬态功率的信号,然后再将此信号转换成频率信号后输出。在实现方式上主要用数字方面,由于其固有的结构特点,可以实现较高的精度,另一方面,虽然实现∑—△调制的数字电路非常复杂,但它一般没有较高的器件特性匹配要求,对外界环境的依赖性较小,这使得它可以充分利用当前最为先进和成熟的艺,也易于系统集成。所以在电能计量芯片中采用该结构的缘缌骱偷缪勾ǜ衅鞯牡缪电子电度表的测量是一个很重要的消费电子应用领域,随着电子电度表应用的普及,电能计量芯片得到广泛的应用。在∑一△技术应用于电度表芯片的设计之前,这种芯片主要是采用全模拟的技术来实现,即采用模拟乘法器的方法来实用∑一△技术。电路来实现相乘和滤波等功能来保证较高的准确度和长期稳定性,而在突准源中使用模拟电路。在峁沟难≡裰校啾扔诖车腁,如积分式、逐次逼近式、全并行,流水线式,∑一更适合于该电能计量芯片,这是因为一信号进行处理。本课题主要设计满足电能计量芯片要求的一个位的二阶∑一△∑一△技术首先也是最大的应用是在数字电话领域,例如公用电话网络交换机的音频编码解码器,要求具有位的线性分辨率以及痵的转换率,无回浙江大学硕士学位论文
目前,对于∑一△模数转换器的低电压研究大多在∑一△调音调制解调器则要求—位分辨率以及/淖;宦剩琁惺褂玫腢性能。因此,高阶的∑一△调制器得到了广泛应用,但大于二阶的∑一△调制器不能用线性模型描述,必须采用一些复杂的技术来确保系统的稳定性。年介绍了他们研制的三阶∑一△调制器,其中运用了树状的二阶噪声整形动态单元体管的数量,从而缩小芯片面积,实现了低电压、高速度、高精度的三阶∑一△调制器的设计。信号的带宽达到了制器的积分器和比较器上。例如,使用阈值较低的晶体管,通过优化它们的结构达到低功耗的目的,在积分器中使用单极运算跨导放大器彩巧杓频凸转换器常采用的方法。已发表的研究文摘显示,一般经过低电压处理的模数转换已经做到了,他们设计的∑一△、低功耗的∑一△模数转换器。他们将积分器的放大器、电流镜、、比较器分别进行了改善优化,琕。,数字移动电话则使用∑一△。带通∑一△。下面就国内外∑一△转换器的最新进展进行了概述,并着重描述了目前几个主要研究方向:呓住埔弧鳌R话憷此担呓住埔弧鞯髦破鞅鹊徒椎摹埔弧鞯髦破骶哂懈玫月,日本东芝公司的研究人员匹配技术眉际跄芄缓芎玫母纳埔桓龈呓住埔弧鞯髦破鞯男旁氡取J状结构的τ糜谝桓龆辔坏摹埔籄琓可以减少晶ぷ髌德饰旁氡任片工作电压为珹部分的功耗为珼部分的功耗为偷缪股杓啤器的工作电压为。早在年,,。
晒ρ兄瞥隽斯ぷ鞯缪刮猯辔唤峁埂6辔唤峁沟摹埔弧餍湍J;黄骺商岣咦;凰俾屎头直媛剩舛于声音信号处理器的性能来说是一个大飞跃。多位结构的∑一△型模数转换器含有一个Ⅳ位的并行模数转换器和