低电压低功耗音频Σ-Δ ADC 调制器设计

张涛，何鹏，刘劲

（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉 400080）

随着数字多媒体技术的迅猛发展，现代数字技术被广泛应用于大量的音频设备中.现代数字电路的时钟越来越高且供电电压越来越低，这就给与之对应的模拟电路的设计提出了更高要求.低电压下，虽然电路功耗会降低，但是许多传统的电路结构在低电压下无法工作，因此必须要设计在低电压下能较好工作的电路[1].音频设备中核心电路就是ADC电路，高品质的音频设备对ADC 的精度和功耗要求较高.在主流的ADC 拓扑结构中，Σ-Δ ADC 的精度最高.Σ-Δ ADC 利用过采样和噪声整形技术将信号的处理转移到数字域上，极大降低了模拟电路的复杂度，减少了Σ-Δ ADC 的功耗.因此Σ-Δ ADC 相较于其他ADC 结构有更高的精度、更好的功耗特性和鲁棒性[2].Σ-Δ ADC 主要由模拟调制器和数字滤波器组成，模拟调制器是Σ-Δ ADC 的核心电路[3].因此针对Σ-Δ ADC 中调制器的设计，提出了一款低电压、低功耗、高精度的Σ-Δ ADC 调制器.本文通过改进调制器结构和系数来优化环路滤波器的传递函数，解决了传统调制器中输入信号范围限制问题，提高了电路的稳定性.同时对调制器中的放大器和比较器电路进行优化设计，降低了调制器电路设计的复杂性和功耗.在1.2 V 低电压和SMIC0.11 μm 工艺下，该调制器的有效位达到16 位以上，电路功耗仅1.17 mW 左右，版图面积为0.122 mm2左右.

1 调制器系统设计

1.1 结构设计

Σ-Δ ADC 的结构图如图1 所示，主要由模拟调制器和数字滤波器组成.

图1 Σ-Δ ADC 结构图Fig.1 Σ-Δ ADC structure diagram

针对图……