书名：Sigma-Delta模/数转换器：实用设计指南（原书*2版）  
定价：189.00元
ISBN：9787111696629  
作者：[西]何塞· M. 德拉罗萨（José M.de la Rosa）

Sigma-Delta模/数转换器作为CMOS模/数转换器中*为经典的设计技术，自1962年面世以来，在高分辨率、低带宽的传感器接口电路、仪器仪表测量以及数字音频等系统中得到了广泛应用。Sigma-Delta模/数转换器有效结合了过采样和噪声整形技术，利用频率远高于奈奎斯特采样频率的时钟对输入信号进行采样，实现了极高的输出分辨率。

本书分10章详细讨论了Sigma-Delta模/数转换器的基本原理、基础结构、非理想误差和自顶向下（自底向上）的综合分析方法；并在此基础上，结合设计实例和SIMSIDES仿真工具，对Sigma-Delta模/数转换器的电路级、物理级设计进行了详尽的分析；*后介绍了近年来Sigma-Delta模/数转换器的发展趋势以及面临的挑战。

本书可作为高等学校微电子学与固体电子学、集成电路设计、电子信息工程等专业高年级本科生和研究生的相关教材，也可以作为半导体相关领域工程技术人员的参考用书。

目录：  

译者序

原书前言

致谢

*1章 Sigma-Delta调制器概述：基本原理、基础结构与性能指标   1 

1.1模 /数转换器基础 1 

1.1.1　采样 3 

1.1.2　量化 4 

1.1.3　量化白噪声模型 6 

1.1.4　噪声整形       8 

1.2Sigma-Delta 调制器 9 

1.2.1从噪声整形系统到 Sigma-Delta调制器 9 

1.2.2Sigma-Delta调制器的性能参数       10 

1.3一阶 Sigma-Delta调制器 13 

1.4Sigma-Delta调制器的性能提升与分类 16 

1.4.1Sigma-Delta调制器的系统级设计参数和策略 16 

1.4.2Sigma-Delta调制器的分类 18 

1.5知识整合：从 Sigma-Delta调制器到 Sigma-Delta模 /数转换器 19 

1.5.1　Sigma-Delta抽样滤波器简介 20 

1.6　Sigma-Delta数 /模转换器     22 

1.6.1Sigma-Delta数 /模转换器中的系统设计折中与信号处理      

 23 

1.6.2数 /模转换器中数字 Sigma-Delta调制器的实现 24 

1.7　小结 25

参考文献  26

*2章　Sigma-Delta调制器的结构分类 28 

2.1　二阶 Sigma-Delta调制器        28 

2.1.1　二阶 Sigma-Delta 调制器的另一种表示方法 30 

2.1.2　具有单位增益信号传输函数的二阶 Sigma-Delta调制器 33 

2.2高阶单环二阶 Sigma-Delta调制器 34 

2.3级联 Sigma-Delta调制器         38 

2.3.1　级联 Sigma-Delta调制器的结构 45 

2.4多位 Sigma-Delta调制器         48 

2.4.1　多位数 /模转换器误差的影响 48 

2.4.2　动态器件匹配技术 49 

2.4.3　双量化 52 

2.5带通 Sigma-Delta调制器 54 

2.5.1正交带通 Sigma-Delta调制器 55 

2.5.2 z → .z2低通 -带通变换 57 

2.5.3　具有*优化噪声传输函数的带通 Sigma-Delta调制器   

 58 

2.5.4　时间交织和多相位带通 Sigma-Delta调制器 61 

2.6连续时间 Sigma-Delta调制器的结构和基本原理 63 

2.6.1连续时间 Sigma-Delta调制器的直观分析     65 

2.6.2连续时间 Sigma-Delta调制器中的混叠抑制简述 68 

2.7离散时间 Sigma-Delta调制器 -连续时间 Sigma-Delta 调制器变换 69 

2.7.1　脉冲不变变换 70 

2.7.2二阶 Sigma-Delta调制器的离散时间 -连续时间变换 72 

2.8连续时间 Sigma-Delta调制器的直接综合法设计 74 

2.9 小结 76

参考文献 76

第3章　开关电容 Sigma-Delta调制器中的电路误差    81 

3.1开关电容 Sigma-Delta调制器中的非理想因素概述  81 

3.2开关电容 Sigma-Delta调制器中的有限放大器增益  83 

3.3开关电容 Sigma-Delta调制器中的电容失配        87 

3.4开关电容 Sigma-Delta调制器中的积分器建立误差  90 

3.4.1　积分器建立的行为级模型  90 

3.4.2　有限放大器增益的线性效应 —增益带宽积    94 

3.4.3　有限放大器压摆率的非线性效应    95 

3.4.4　有限开关导通电阻效应      97 

3.5开关电容 Sigma-Delta调制器中的电路噪声    101 

3.6开关电容 Sigma-Delta调制器中的抖动        104 

3.7开关电容 Sigma-Delta调制器中的失真源      106 

3.7.1　非线性放大器增益     106 

3.7.2　非线性开关导通电阻   108 

3.8Sigma-Delta调制器的高阶选型设计实例分析   110 

3.8.1　理想调制器性能       110 

3.8.2　噪声泄漏   111 

3.8.3　电路噪声   114 

3.8.4　建立误差   115 

3.8.5　整体高阶选型设计和噪声预算  117 

3.9　小结        118

参考文献         119

第4章　连续时间 Sigma-Delta调制器中的电路误差和补偿技术   122 

4.1连续时间 Sigma-Delta调制器的非线性概述     122 

4.2　连续时间积分器和谐振器   123 

4.3连续时间 Sigma-Delta调制器中的有限放大器增益   125 

4.4连续时间 Sigma-Delta调制器中的时间常数误差    127 

4.5连续时间 Sigma-Delta调制器中的有限积分器动态性能   129

4.5.1　有限增益带宽积对连续时间 Sigma-Delta调制器的影响    130 

4.5.2　有限压摆率对连续时间 Sigma-Delta调制器的影响   132 

4.6　连续时间 Sigma-Delta调制器中的失真源       133 

4.6.1　前端积分器中的非线性   133 

4.6.2　反馈数 /模转换器中的码间干扰     136 

4.7连续时间 Sigma-Delta调制器中的电路噪声     136 

4.7.1考虑非归零反馈数 /模转换器时的噪声分析   137 

4.7.2考虑开关电容反馈数 /模转换器时的噪声分析 138 

4.8连续时间 Sigma-Delta调制器中的时钟抖动     139 

4.8.1归零数 /模转换器中的抖动       141 

4.8.2非归零数 /模转换器中的抖动     142 

4.8.3开关电容数 /模转换器中的抖动   143 

4.8.4　时钟抖动误差的残余效应  144 

4.8.5　利用有限长单位冲激响应滤波器（FIR）和正弦整形数 /模转换器降低时钟抖动效应     147 

4.9　连续时间 Sigma-Delta调制器中的过量环路延迟   149 

4.9.1　过量环路延迟的直观分析 149 

4.9.2　基于脉冲不变离散时间 -连续时间变换的过量环路延迟分析  152 

4.9.3　替代的过量环路延迟补偿技术     155 

4.10　连续时间 Sigma-Delta调制器中的量化器亚稳态 156 

4.11　小结       160

参考文献         160

第5章　行为级建模和高阶仿真    165 

5.1Sigma-Delta调制器系统级设计方法      165 

5.1.1　系统划分和抽象级别  165 

5.1.2　选型设计过程        167 

5.2Sigma-Delta调制器高阶评估的仿真方法      168 

5.2.1　晶体管级仿真的替代方案       169 

5.2.2　事件驱动的行为级仿真技术     170 

5.2.3　编程语言与行为级建模平台     171 

5.3　Sigma-Delta调制器行为级模型实现      172 

5.3.1　从电路分析到计算机算法   172 

5.3.2　时域行为级模型与频域行为级模型 175 

5.3.3MATLAB中时域行为级模型的实现    178 

5.3.4利用 Simulink C-MEX S函数建立时域行为级模型 183 

5.4利用 C-MEX S函数建立 Sigma-Delta调制器模块的有效行为级模型  · 188 

5.4.1利用 S函数进行开关电容积分器建模 189 

5.4.2利用 S函数进行连续时间积分器建模 201 

5.4.3利用 S函数进行量化器行为级建模   207 

5.5一种面向 Sigma-Delta调制器的基于 Simulink的行为级仿真器—SIMSIDES   211 

5.5.1SIMSIDES中的模型库   212 

5.5.2SIMSIDES的结构和用户界面     214 

5.6利用 SIMSIDES进行 Sigma-Delta调制器的高阶选型设计和验证 220 

5.6.1　开关电容二阶 1位 Sigma-Delta调制器   220 

5.6.2　连续时间五阶*联 3-2多位 Sigma-Delta调制器  228 

5.7　小结        235

参考文献         235

第6章　Sigma-Delta调制器的自动化设计和优化  238 

6.1架构探索和选择 —Schreier工具箱       238 

6.1.1Schreier Delta-Sigma工具箱的基本功能  239 

6.1.2具有可调陷波的四阶 CRFF-低通 /带通开关电容 Sigma-Delta调制器综合    241 

6.1.3　具有可调陷波的四阶带通连续时间 Sigma-Delta调制器综合       243 

6.2　基于优化的*级 Sigma-Delta调制器综合        248 

6.2.1　行为级仿真与优化相结合   248 

6.2.2　使用模拟退火作为优化引擎     249 

6.2.3　将 MATLAB优化器与 SIMSIDES相结合  255 

6.3　通过提升方法和硬件加速来优化连续时间 Sigma-Delta调制器   258 

6.3.1　基于 FPGA的连续时间 Sigma-Delta调制器硬件仿真  259 

6.3.2　连续时间 Sigma-Delta调制器的 GPU加速计算   260 

6.4　利用多目标进化算法优化 Sigma-Delta调制器       263 

6.4.1　将多目标进化算法与 SIMSIDES相结合   264 

6.4.2　利用多目标进化算法与 SIMSIDES进行连续时间Sigma-Delta调制器综合    265 

6.5　小结        271

参考文献         271

第7章　Sigma-Delta调制器的电学设计：从系统到电路    273 

7.1　Sigma-Delta调制器的宏模型    274 

7.1.1　开关电容积分器宏模型    274 

7.1.2　连续时间积分器宏模型    275 

7.1.3　非线性跨导运算放大器的跨导     277 

7.1.4嵌入式 .ash ADC宏模型   277 

7.1.5反馈数 /模转换器宏模型   278 

7.2Sigma-Delta调制器宏模型实例   281 

7.2.1开关电容二阶 Sigma-Delta调制器实例    281 

7.2.2二阶有源 RC Sigma-Delta调制器     282 

7.3在 Sigma-Delta调制器瞬态电学仿真中加入噪声   286 

7.3.1在 HSPICE中产生和注入噪声数据序列    287 

7.3.2　在开关电容积分器中分析主要噪声源的影响     289 

7.3.3　在电学仿真中产生和注入闪烁噪声源      289 

7.3.4在 Sigma-Delta调制器仿真的测试激励中加入噪声     292 

7.4　Sigma-Delta调制器电学仿真的输出结果处理    295 

7.5　小结        297

参考文献         297

第8章　Sigma-Delta调制器子电路的设计考虑     299 

8.1　CMOS开关的设计考虑     299 

8.1.1Ron和 CMOS开关漏极 /源极寄生电容的设计折中     300 

8.1.2Ron非线性行为描述    300 

8.1.3　工艺尺寸缩减对开关设计的影响      301 

8.1.4评估由于 CMOS开关产生的谐波失真    302 

8.2　运算放大器的设计考虑     306 

8.2.1　典型放大器拓扑结构     306 

8.2.2　共模反馈网络           308 

8.2.3　放大器交流特性描述     310 

8.2.4　放大器直流特性描述     311 

8.2.5　放大器增益非线性描述   313 

8.3　跨导器设计考虑   314 

8.3.1　高线性度前端跨导器     315 

8.3.2　环路滤波器跨导器       316 

8.3.3　宽范围可编程跨导器     319 

8.4　比较器设计考虑   320 

8.4.1　再生锁存型比较器       321 

8.4.2　比较器设计指南         323 

8.4.3　基于输入斜坡法的失调和迟滞特性表征        324 

8.4.4　基于二分法的失调和迟滞特性表征   325 

8.4.5　比较时间描述        327 

8.5　电流舵数 /模转换器的设计考虑       327 

8.5.1电流舵数 /模转换器的基本原理和概念    328 

8.5.2电流舵数 /模转换器的设计实现          329 

8.5.3　电流单元电路、误差限制和设计标准    330 

8.5.4　4位电流舵数 /模转换器实例           332 

8.6　小结        333

参考文献         333

第9章　Sigma-Delta调制器的设计实现：从电路到芯片    336 

9.1　Sigma-Delta调制器辅助模块    336 

9.1.1　时钟相位产生器       336 

9.1.2　共模电压、参考电压和偏置电流的产生    339 

9.1.3　附加数字逻辑   342 

9.2　版图设计、布局规划和实际问题      342 

9.2.1　版图规划    342 

9.2.2　I/O环      344 

9.2.3　版图验证和灾难性错误的重要性  344 

9.3芯片封装、测试 PCB和实验建立      348 

9.3.1　键合框图和封装       348 

9.3.2测试 PCB         348 

9.4　实验测试建立     350 

9.4.1　规划所需测试仪器的类型和数量  350 

9.4.2　连接实验室仪器       351 

9.4.3　测试建立实例        351 

9.5Sigma-Delta调制器设计实例和案例分析      353 

9.5.1　面向高动态范围传感器界面应用的可编程增益 Sigma-Delta调制器      353 

9.5.2　面向多标准直接转换接收机的可配置开关电容 Sigma-Delta调制器      359 

9.5.3　面向射频数字化仪应用的宽编程范围 Gm-LC带通 Sigma-Delta调制器      364 

9.6　小结        379

参考文献         379

*10章　前沿、趋势和挑战：迈向下一代 Sigma-Delta调制器        381 

10.1　先进模 /数转换器：奈奎斯特模 /数转换器与 Sigma-Delta模 /数转换器  382 

10.1.1　转换能量   383 

10.1.2品质因数（ FOM）     384 

10.2不同类型 Sigma-Delta模 /数转换器的比较   385 

10.2.1Sigma-Delta调制器的孔径图  406 

10.2.2Sigma-Delta调制器的能量图  407 

10.3先进 Sigma-Delta调制器的经验和统计分析   408 

10.3.1　开关电容结构与连续时间结构    408 

10.3.2先进 Sigma-Delta调制器采用的技术   410 

10.3.3　单环结构与级联结构     411 

10.3.4　1位结构与多位结构   · 412 

10.3.5　低通结构与带通结构     413 

10.3.6新兴的 Sigma-Delta调制器技术   415 

10.4用于射频 -数字转换的 GHz频率 Sigma-Delta调制器      · 415 

10.5增强型级联 Sigma-Delta调制器    418 

10.5.1SMASH连续时间 Sigma-Delta调制器   418 

10.5.2　两级 0-L MASH结构  419 

10.5.3级间共享级联 Sigma-Delta调制器    420 

10.5.4多速率和混合连续 /离散时间 Sigma-Delta调制器 421 

10.6高能效的 Sigma-Delta调制器环路滤波器技术  423 

10.6.1基于反相器的 Sigma-Delta调制器    423 

10.6.2混合有源 /无源和无放大器的 Sigma-Delta调制器 425 

10.6.3　高能效放大器技术      427 

10.7混合 Sigma-Delta调制器 /奈奎斯特速率模 /数转换器        428 

10.7.1基于奈奎斯特速率模 /数转换器的多位 Sigma-Delta调制器量化器    429 

10.7.2增量 Sigma-Delta模 /数转换器     431 

10.8基于时间的 Sigma-Delta模 /数转换器         433 

10.8.1　基于 VCO/PWM量化的 Sigma-Delta调制器   433 

10.8.2　易于缩减的全数字 Sigma-Delta调制器     435 

10.8.3　基于门控开关环形振荡器的 Sigma-Delta调制器     435 

10.9　高性能连续时间 Sigma-Delta调制器中的数 /模转换器技术   437 

10.10　最新参考文献分类   439 

10.11　小结与结论     439

参考文献         440

附录 连续时间 Sigma-Delta调制器中时钟抖动的状态空间分析    464 

A.1　NTF（z）的状态空间表示     464 

A.2　.qn 2的期望值   466 

A.3　由于时钟抖动产生的带内噪声功率 467

参考文献 468

附录 SIMSIDES用户指南 469 

B.1　使用入门：安装和运行 SIMSIDES 469 

B.2　在 SIMSIDES中建立和编辑 Sigma-Delta调制器 471 

B.3　在 SIMSIDES中分析Sigma-Delta调制器 472 

B.3.1　节点频谱分析  473 

B.3.2　集成功率噪声  474 

B.3.3　信噪比 /信噪失真比    475 

B.3.4　谐波失真    475 

B.3.5　积分和微分非线性  476 

B.3.6　多音功率比   477 

B.3.7　直方图   477 

B.3.8　参数分析 478 

B.3.9　蒙特卡罗分析  479 

B.4　优化界面   479 

B.5　教程示例：使用 SIMSIDES对 Sigma-Delta调制器进行建模和分析      ·· 481 

B.5.1　在 SIMSIDES 中建立一个级联 2-1 Sigma-Delta调制器框图     ·· 482 

B.5.2　设置模型参数   483 

B.5.3　计算输出频谱   483 

B.5.4　信噪比与输入幅度值 486 

B.5.5　单一参数的参数分析 487 

B.5.6　考虑两个参数的参数分析 487 

B.5.7　计算直方图    488 

B.6　帮助手册        489

附录 SIMSIDES 模块库和模型   490 

C.1　SIMSIDES库概述   490 

C.2　理想库        491 

C.2.1　理想积分器  491 

C.2.2　理想谐振器  492 

C.2.3　理想量化器  493 

C.2.4　理想数 /模转换器      495 

C.3　实际开关电容模块库      496 

C.3.1　实际开关电容积分器    496 

C.3.2　实际开关电容谐振器    499 

C.4　实际开关电流模块库      501 

C.4.1　实际开关电流积分器    501 

C.4.2　实际开关电流谐振器    503 

C.4.3　开关电流误差和模型参数 503 

C.5　实际连续时间模块库       505 

C.5.1　实际连续时间积分器     505 

C.5.2　实际连续时间谐振器     510 

C.6　实际量化器和比较器       513 

C.7　实际数 /模转换器   514 

C.8　辅助模块           515