杨建明

(安凯微电子技术有限公司，广州510663)

小信号模拟量测量要求数据转换器信噪比足够高，才可以识别微弱的模拟量。电路降噪成为设计关键。目前对电路噪声分析及多种降噪技术相继提出［1-2］。自动校零技术及与斩波调制技术是两种应用广泛的消除电路噪声技术。本文全面分析斩波调制∑-Δ ADC 噪声，旨在为小信号模拟量测量提供设计参考。

1 ∑-Δ ADC 噪声传递函数

分析∑-Δ ADC 噪声传递函数，找出影响∑-Δ ADC 精度的关键噪声。图1 所示为二阶∑-Δ ADC框图，其中Vni1、Vni2为积分器输入端噪声，Vno1、Vno2为积分器输出端噪声，e 为量化噪声。

推导噪声传递函数，

图1 二阶∑-Δ ADC

对各节点噪声传递函数做频谱分析，结果如图2 所示。

图2 噪声传递函数频谱

由图2 可见，第一阶积分器输入端噪声对∑-Δ ADC 精度影响最大。本文分析焦点为第一阶积分器输入端噪声。

2 斩波调制∑-Δ ADC 噪声源

∑-Δ ADC 通常基于开关电容电路实现，其核心模块开关电容积分器如图3 所示。

图3 开关电容积分器

2.1 采样开关噪声

开关器件导通对电容充电，无直流电流经过开关。故开关器件只产生热噪声(SS)，而不产生闪烁噪声。

开关器件热噪声被开关电路两相时钟交替采样保持。采样过程可以看作为单位脉冲串(图4(a))采样，保持过程可以看作为单位阶跃响应(图4(c))与单位脉冲串采样后的信号在时域卷积［3-4］。

开关热噪声双边功率谱密度SS=2kTRon。

图4 单位脉冲串与单位阶跃响应

2.1.1 PH1 期间开关热噪声

开关热噪声被采样并保持一个完整的时钟周期。该采样保持函数可以描述为: