提出了一种用于增量型Σ-Δ ADC的调制器设计的算法。该算法针对增量型Σ-Δ ADC中的积分器系数进行优化, 采用两步式搜索的方法, 对可能的最优解组合进行多次求解与对比分析。基于该算法, 设计了一种16位40 kS/s增量型Σ-Δ ADC。可以对ADC电路的有效精度和输入采样速率这两个性能指标进行有效调节及优化。仿真结果表明, 采用所提出的优化设计算法可以将ADC的输入采样速度由40 kS/s提升到51 kS/s, 或者将ADC的ENOB由1376 bit提高到1472 bit, 且不增加额外功耗。

采用65 nm CMOS工艺,设计了一种宽带低相噪低杂散的Σ-Δ小数分频频率综合器。该频率综合器采用3个压控振荡器以及可编程分频链路实现宽带输出,每个压控振荡器采用自适应衬底偏置技术以减小PVT变化的影响。可编程分频器采用重定时单元同步输出,降低了分频器的相位噪声。自动频率校准模块采用一个可对压控振荡器直接计数的结构,缩短了频率锁定时间。Σ-Δ调制器中采用了陷波滤波结构,降低了高频量化噪声。后仿真结果表明,1.2 V电源电压下,该频率综合器可输出正交信号的频率范围为0.2~6 GHz,输出频率为3.762 5 GHz时,相位噪声为-113.59 dBc/Hz @1 MHz,参考杂散为-59.3 dBc,功耗为91 mW。

基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺, 设计了一种应用于自适应系统的可重构2阶Σ-Δ调制器。引入动态电压调整技术, 研究了不同输入信号下如何通过降低电源电压来节省ADC功耗。首先在Simulink下对非理想参数进行数学建模和分析, 然后在Cadence下完成电路设计, 并完成版图设计和后仿真。除了采用运放的差分对宽长比和尾电流等传统调整方案, 本设计还可根据输入信号的幅度调整电源电压, 进一步提高系统灵活性。仿真结果表明, 在系统有效位数要求为12 bit时, 使用3.3 V电源电压供电的功耗为123 μW, 电压降为1.8 V时功耗仅为51 μW, 通过降低电源电压节省功耗的效果明显。版图总面积为0.06 mm2。

为了提高硅微机械陀螺(SMG)的性能,研究了一种基于四阶机电结合带通Σ-Δ调制器(SDM)的硅微机械陀螺力反馈闭环检测方法。基于谐振器级联谐振前馈(CRFF)结构设计了该方法的仿真模型,并利用商用软件SD TOOLS计算了环路参数。采用MATLAB/SIMULINK对设计结果进行了行为级仿真,结果表明,1 Hz条件下环路的信噪比达到了109.2 dB,符合设计预期。在此基础上,以现场可编程门阵列(FPGA)为数字处理核心搭建了硅微机械陀螺数字化测控电路并进行了性能测试。结果表明,采用带通SDM闭环检测技术和数字化闭环驱动技术后,硅微机械陀螺的Allan方差零偏不稳定性约为1.15(°)/h,角度随机游走约为7.74×10-2(°)/√h,且信噪比参数满足了设计目标。 得到的结果证明了设计方法的正确性;显示提出的带通SDM力反馈闭环检测方法有助于提高SMG的性能,拓展其应用领域。