SDM调制器的各种噪声的分析

小肥柴

                               
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以一个三阶的调制器为例，电路中引入的噪声大概就是我上面说的几种，当然一些我强归为了噪声，也是为了研究他们的传递函数如何；
上面的噪声，哪些被过采样？哪些被整形，整形又是几阶的?
我认为最直观的我们常见讨论的：
1.KTC噪声，这个是被过采样的，在(-fs，fs)是白噪声，但是因为这个是采样网络带来的，是不被整形的，因此他是整个调制器带内底噪的重要源；
2.量化噪声，调制器的核心噪声，量化噪声也是在(-fs，fs)是白噪声，被过采样加3阶整形；

问题是各级积分器的失调和噪声是如何的呢？这个是我的疑问，我自己倾向的答案是：
我们通常把噪声等效到输入端，那么对于三阶的系统，由于第一级积分器输入的噪声看起来是跟信号，反馈信号直接叠加的，那么第一级积分器的噪声和失调就是直接等效到输入信号里面，走信号传输函数。那么第一级运放的失调就会在频谱上dc处有一个分量。那运放的噪声呢，我很关注这个，尤其是0~bw带宽内的噪声；我对我做的运放的噪声进行了仿真，求的了其中输入噪声的功率谱：V^2/Hz,并且把他进行了积分在0~20k(这个是我的BW)，然后得到了一个数值，2n (V^2)，可是这个数值是实打实送进去带内的等效输入的噪声呀，不被整形，传输函数≈1，经过计算要使得SNR得到110dB,需要的带内噪声总功率约为4p(V^2)，我整个2n/OSR，OSR取500才能满足，这个也太极限了吧，可是如果真的是我这样想的，为什么大家很少关注OP的噪声呢？这个闪烁噪声在先进工艺下尤其的大（实际上大部分会做斩波去消除，但是效果如何我没验证过）


比较让我不担心的是，2.3级积分器的失调和噪声，因为他们在环路内，会被整形，第二级的噪声比第三级的差一些，因为他多了一个前向增益。但是被整形以后，几乎来说他们两个完全不是大头。因此我基本认为可以不考虑。

然后就是量化器的失调和噪声了，我是这样认为的，量化器的失调和噪声等价在其输入端，那就和量化噪声走一样的噪声整形传输函数了，是否量化器的失调只需要远低于量化噪声就可以不考虑了呢？但是我面试的时候，好多面试官会问我，量化器的失调电压的问题，所以我很头疼，但是我在simulink中量化器前面加一个恒定的offset，影响确实不大呀，我存疑，希望得到大家的回答！

上述只是我粗浅的一些理解，可能有许多错误，见谅

小肥柴

有没有人呜呜，顶一下

nanke

mark，看有没有人解答。我之前研究sdm时也试图算过，半途而废了。 我注意到的和你描述不一致的几点是，（1）积分器没有不关注OP噪声的。（2）不会积到0，一般20~20kHz。（3）低噪声运放噪声远小于2n（V^2）。（4）运放噪声不会100%贡献到输入，介绍积分器噪声或者开关电容噪声的资料会讲，我参考的是boris murmman

nanke

时间充裕的话，你可以学习计算开关电容网络噪声，看看噪声怎么传输的。怎么计算方便。同时尝试建模，和论文相互验证。

小肥柴

nanke 发表于 2024-7-17 12:09
mark，看有没有人解答。我之前研究sdm时也试图算过，半途而废了。 我注意到的和你描述不一致的几点是，（1 ...

谢谢前辈您的回答。根据您提供的方向，以及我之前看的understanding SDM那本书，我突然想到之前关于积分器输入噪声，有一部分叫动态范围缩放的，说通过缩放可以降低噪声，感觉和您提供的Thermal Noise inTrack-and-Hold Circuits就是B.Murmann大佬说的思路好像很接近，我有时间细读一下开关电容这部分的噪声分析。
但是我还是有点疑问：
1.为什么闪烁噪声往往考虑20~20kHz，0~20Hz那部分是怎么处理掉的呢？
2.就是我一直和我同学有分歧的点，量化器，比如Latch比较器，其失调电压是否在环路内，如果是在环路内，那走的就应该和噪声传递函数一样的传输函数，应该是高通的，那是不是可以不考虑这部分了？

下面这个图是我之前仿真用的一个模型，我想在量化器之前加入一个固定电压来模拟offset，加进去发现对SNR影响不大。我最近面试的时候多次有面试官问我这个量化器失调的问题，所以我在想是不是我考虑错了，这部分其实很重要！因为我只是在学校做一些仿真，没有实际流片的结果支撑。

                               
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小肥柴

不要沉了呜呜

nanke

小肥柴 发表于 2024-7-17 16:27
谢谢前辈您的回答。根据您提供的方向，以及我之前看的understanding SDM那本书，我突然想到之前关于积分 ...

（1） 具体积分范围得看应用，同时可能会在数字域和模拟域集成一些高通和低通滤波器。20~20kHz是音频应用的范围，因为人耳听不到这之外的声音。音频deltasigma ADC在数字域会进行抽样滤波，相当于低通滤波，还可能会额外集成高通滤波。DAC则会在输出通过隔直电容进行高通滤波，通过RC网络低通滤波。 （2）不论什么ADC，固定offset都不会影响SFDR，只有随输入信号变化的offset引入了谐波会对性能有影响。对于delta -sigma，即使比较器有随输入信号变化的offset，和量化噪声类似，由于低频成分会被搬移到高频，可忽略。多比特比较器的offset则更加复杂一些，但同样由于其中的低频成分会被搬移到高频，影响也有限。以上也是我的猜想，你拿不定可以看书，怎么分析和建模，书上都有写的。

nanke

小肥柴 发表于 2024-7-17 16:27
谢谢前辈您的回答。根据您提供的方向，以及我之前看的understanding SDM那本书，我突然想到之前关于积分 ...

书上写的几乎可以无脑相信，特别是几大圣经修订过几次后错误越来越少了，倒是论文，水分很大。理论基础扎实很重要，产业界流行的流片拜佛烧香的迷信行为，并不是因为芯片设计是玄学，而是这个需要多人合作的大型项目链条太长，任何环节出现问题都会影响结果。

小肥柴

呜呜要沉了

Arvinliu

也来学习一下