本文提出一种应用于便携式设备音频信号处理的Σ-Δ调制器设计。鉴于低功耗在便携电子产品中的重要意义,论文围绕低功耗设计展开,在系统设计和电路设计中比较分析了多种结构,作出性能与功耗的优化组合。 设计的∑-Δ调制器采用3阶单环前馈结构,单比特量化,过采样率为128。前馈结构可提高调制器的工作速度,而单比特量化可省去很多额外的硬件结构。理论分析与仿真验证表明,在获得同等性能的前提下,此种结构的电路设计复杂度最低,功耗最小;另外针对便携式设备的应用特点,第一级积分器采用了连续时间模式实现来消除输入信号与电源电压之间的依赖关系。 在电路设计上,由于第一级积分器对运放的增益,压摆率等要求极为苛刻,所以采用全差分两级AB类输出放大器。与传统的OTA相比,这一特殊结构由于在输入信号跳变时在运放中间结点引入高阻抗,可大幅度提高运放的压摆率,从而节省大量功耗。后两级积分器对运放设计要求较低,所以采用结构简单,线性度好的OTA结构。 论文在介绍Σ-Δ调制器基本工作原理基础上,对多种调制器结构进行了比较分析,讨论调制器的系统设计,计算系统增益系数,给出电路设计指标。并分析了电路设计中的非理想因素,然后针对具体的电路进行结构选取,参数计算和仿真。验证仿真结果证明,所设计的Σ-Δ调制器可在5.12MHz的采样时钟下实现16比特的分辨率,功耗为4mW。