Downconverting Sigma-Delta ADC for a Reconfigurable RF Receiver

angelweishan

Downconverting Sigma-Delta A/D Converter for a Reconfigurable RF Receiver
by
Renaldi Winoto
Doctor of Philosophy in Engineering - Electrical Engineering and Computer Sciences
University of California, Berkeley
Professor Borivoje Nikolic, Chair


Contents ii
List of Figures iv
List of Tables vii
Acknowledgements viii
1 Introduction 1
1.1 Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Thesis Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Radio-Frequency Receiver Design 7
2.1 RF Receiver Design: A Mixed-Signal Perspective . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Sigma-Delta A/D Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1 Short Introduction to Sigma-Delta A/D Conversion . . . . . . . . . 17
2.2.2 Sigma-Delta A/D Converters in RF Receivers . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Recon gurable RF Receiver Speci cations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Performance Comparison of Integrated Receivers . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5 Performance Limitations of RF Receivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5.1 Linearity Limitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5.2 Frequency-Synthesizer Phase Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3 Sigma-Delta Receiver 37
3.1 System Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.1 Scaling of the MOS switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2 Discrete-Time Processing of RF Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.1 Sampling Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.2 IIR Filter Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.3 Noise in Switched-Capacitor Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.4 Circuit Parasitics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3.1 Sigma-Delta Modulator Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3.2 Capacitor Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3.3 Transconductance Ampli er Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.4 Mixed-Signal Design of the System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4.1 Feedback D/A Converter Design Considerations . . . . . . . . . . . 72
3.4.2 Comparator O set and Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.5 Summary of Circuit Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4 Experimental Prototype 82
4.1 Circuit Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.1.1 Transconductance Ampli er . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.2 First Feedback D/A Converter (FB1) . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.1.3 Second Feedback D/A Converter (FB2) . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.1.4 Comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1.5 Gated-Diode Preampli er . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.1.6 Clock Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2 Test-Chip Prototype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.3 Measurement Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.3.1 Comparative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.3.2 Possible Improvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5 Conclusion 125
5.1 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.2 Speci c Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.3 Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Bibliography 130

tony8261

好东西，看看

梧桐

谢谢分享！！！！！！！！

chujn

下来看看，谢谢。

ralphtw

downconverting !

jeffej

Downconverting Sigma-Delta ADC for a Reconfigurable RF Receiver

efong

thanks!

jingxin_xd

谢谢分享！！！

jeffej

very good thesis !!!

cdting

Thanks!!