應(yīng)用于4G-LTE協(xié)議的高能效、多帶可重構(gòu)Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計.pdf

1、高速更新?lián)Q代的無線通信帶動集成電路飛速發(fā)展，應(yīng)用于移動終端且兼容多種通信協(xié)議的無線收發(fā)鏈路的設(shè)計備受關(guān)注。作為接收機中射頻前端與數(shù)字基帶的接口，高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對整個系統(tǒng)的重要性不言而喻。針對4G-LTE無線通信協(xié)議，本論文研究并設(shè)計符合該協(xié)議內(nèi)5/10/15/20 MHz等不同帶寬模式要求的低功耗、高能效、可重構(gòu)的ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
　　本論文首先介紹Σ△模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本概念和Σ△調(diào)制器結(jié)構(gòu)，其次比較DT-ΣΔ和CT-ΣΔ調(diào)制器

2、的優(yōu)缺點，并綜述CT-ΣΔ調(diào)制器額外環(huán)路延時的解決方案和環(huán)路濾波器的沖激響應(yīng)不變的設(shè)計方法。結(jié)合仿真實踐和分析調(diào)制器在各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下表現(xiàn)出的行為差別，本論文提出一種實現(xiàn)高能效、多種帶寬模式可配置的CT-ΣΔ調(diào)制器的體系結(jié)構(gòu)級重構(gòu)方案。還在系統(tǒng)級進行ΣΔ調(diào)制器的噪聲分配，對各種非理想因素進行建模和仿真，優(yōu)化電路的設(shè)計指標(biāo)。
　　本論文還對ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的低功耗技術(shù)和可重構(gòu)方法進行深入研究，重點針對環(huán)路濾波器、多比特量化器、反饋DA

3、C以及降采樣濾波器等關(guān)鍵模塊。綜合運用運放陣列、調(diào)整參考電流、模式開關(guān)配置等可重構(gòu)技術(shù)，針對各模式下精度、帶寬和功耗的不同要求，實現(xiàn)能效的優(yōu)化?；诘凸脑O(shè)計，環(huán)路濾波器使用多級運放來處理高速信號，提高調(diào)制器的線性度;為減小寬帶運放負(fù)載，在量化器中運用內(nèi)插技術(shù)，并巧妙地兼顧可重構(gòu)性;將低交叉點低擺幅技術(shù)應(yīng)用在電流源的開關(guān)驅(qū)動上，減小反饋DAC的輸出電流過沖，優(yōu)化開關(guān)動態(tài)功耗;在降采樣濾波器中，使用多相分解、CSD編碼和硬件復(fù)用等低功耗技

4、術(shù)。同時，為提高反饋DAC的線性度，還在高速DEM算法方面進行研究和探索。
　　本文設(shè)計了一款應(yīng)用于無線接收機的低功耗、高能效、可重構(gòu)ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在SMIC0.13μm1P8M標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝下流片驗證，核心面積為1.76-mm2。測試結(jié)果表明:在5/10/15/20 MHz帶寬模式下，芯片核心功耗為10.5/19.8/22.4/29.6 mW，峰值SNR和SNDR分別為72.7/66.7/60.4/59.0 dB和72.7/