[发明专利]一种∑Δ调制器开关电流集成电路的参数设计优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种∑Δ调制器开关电流集成电路的参数设计优化方法。

背景技术

基于∑Δ调制器的模数转换器是利用过采样技术获得高效高分辨率、低灵敏度的模数转换器，比传统的具有Nyquist采样技术更适合现代标准CMOS技术。∑Δ调制器主要有基于开关电容技术、开关电流技术的两种，与开关电容电路相比，兼容CMOS数字工艺的开关电流电路具有工作频率高、功耗小，适合模数混合设计，芯片面积小，工作电压低的优点。然而，由不完善MOS晶体管工作引起的开关电流非理想性能如电荷注入误差、输入输出电导比误差、设置误差、噪声误差等影响了开关电流技术在各领域中的广泛应用。因此，在采用开关电流技术进行电路设计时，为了达到应用的性能指标，一系列电路构建模块性能参数必需设定并预先进行仔细的优化。但由于其过采样特性，采用Spice的晶体管级仿真需要极长的CPU时间，达到几天甚至几周。

发明内容

为了解决采用开关电流集成电路的∑Δ调制器的设计优化所存在上述的技术问题，本发明提供一种∑Δ调制器开关电流集成电路的参数设计优化方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

将∑Δ调制器开关电流集成电路的电荷注入误差、输入输出电导比误差、设置误差、噪声误差产生的误差效应用电流量来表示；

建立∑Δ调制器的SIMULINK模型；

在Simulink模块中采用S函数来实现参数传递与计算；

进行行为仿真，根据仿真结果对电路的结构设计、谐波失真和CMOS器件参数的选择进行分析优化，综合出设计所需的器件参数。

本发明的技术效果在于：本发明通过计算晶体管模型参数与误差的关系，对电路的非理想特性如电荷注入误差、输入输出电导比误差、设置误差、噪声误差等进行了SIMULINK行为建模。并且采用S函数完成开关电流离散系统的参数传递及计算，极大地提高了仿真效率。这种基于Matlab/Simulink的开关电流∑Δ调制器的模型，可以有效地将调制器的设计参数映射入模型，快速地进行调制器的性能误差分析，从而综合出有效的设计模型。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的开关电流电路中电荷注入示意图。

图2为本发明中开关电流存储单元等效电路。

图3为本发明中SI存储单元设置误差效应小信号等效电路。

图4为本发明中综合各种非理想因素的开关电流∑-Δ调制器模型。

图5为本发明中电荷注入误差模型及S函数程序。

图6为本发明中电荷注入(a)与电导比(b)的输出功率谱误差效应频率。

图7为本发明中半程信噪比与采样频率关系(a)及仿真与测试信噪比(b)。

具体实施方式

下面描述∑Δ调制器开关电流集成电路的设计优化方法的具体步骤：

将∑Δ调制器开关电流集成电路的非理想因素用电流量来表示。

开关电流电路的开关电流存储单元的非理想因素包括设置误差、注入电荷误差，输入输出电导比率误差、噪声误差等，这些非理想因素对开关电流存储单元的行为、积分器以及调制器性能产生不良的影响，导致输出信噪比下降，下面分析这些非理想因素的影响。

电荷注入误差：电荷注入误差也称为时钟馈通误差。参见图1，在采样周期，沟道电容存储了电荷，电荷的数量取决于存储晶体管栅极电位电平的大小。当开关关断时，大部分的电荷注入到栅源电容中，导致一个误差栅极电平并形成输出误差电流。输出电流受电荷注入误差的影响表示为：