應用于4G-LTE協(xié)議的高能效、多帶可重構Sigma-Delta模數(shù)轉換器的研究與設計.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)鏈路的設計備受關注。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，本論文研究并設計符合該協(xié)議內5/10/15/20 MHz等不同帶寬模式要求的低功耗、高能效、可重構的ΣΔ模數(shù)轉換器。
　　本論文首先介紹Σ△模數(shù)轉換器的基本概念和Σ△調制器結構，其次比較DT-ΣΔ和CT-ΣΔ調制器

2、的優(yōu)缺點，并綜述CT-ΣΔ調制器額外環(huán)路延時的解決方案和環(huán)路濾波器的沖激響應不變的設計方法。結合仿真實踐和分析調制器在各拓撲結構下表現(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調制器的體系結構級重構方案。還在系統(tǒng)級進行ΣΔ調制器的噪聲分配，對各種非理想因素進行建模和仿真，優(yōu)化電路的設計指標。
　　本論文還對ΣΔ模數(shù)轉換器設計的低功耗技術和可重構方法進行深入研究，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鍵模塊。綜合運用運放陣列、調整參考電流、模式開關配置等可重構技術，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計，環(huán)路濾波器使用多級運放來處理高速信號，提高調制器的線性度;為減小寬帶運放負載，在量化器中運用內插技術，并巧妙地兼顧可重構性;將低交叉點低擺幅技術應用在電流源的開關驅動上，減小反饋DAC的輸出電流過沖，優(yōu)化開關動態(tài)功耗;在降采樣濾波器中，使用多相分解、CSD編碼和硬件復用等低功耗技

4、術。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。
　　本文設計了一款應用于無線接收機的低功耗、高能效、可重構ΣΔ模數(shù)轉換器，在SMIC0.13μm1P8M標準CMOS工藝下流片驗證，核心面積為1.76-mm2。測試結果表明: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/