三阶CRFB结构Sigma - Delta调制器：SD ADC入门实战

三阶 CRFB 结构 Sigma-Delta 调制器，enob为15，smic180nm，有testbench，并有配套的文档说明，适合sd adc亲手入门 全差分放大器，开关电容放大器，共模反馈，CMFB Sigma delta adc matlab 建模 simulink建模

最近在研究Sigma - Delta ADC相关内容，发现三阶CRFB结构的Sigma - Delta调制器挺适合SD ADC亲手入门，今天就来跟大家分享一下。

一、整体概述

这个三阶CRFB结构Sigma - Delta调制器，它的ENOB（有效位数）能达到15，采用的是SMIC180nm工艺。不仅有完整的Testbench来进行功能验证，还配备了详细的文档说明，对新手来说十分友好。

二、关键模块分析

（一）全差分放大器

全差分放大器在整个系统中起着关键作用，它可以抑制共模信号，提高信号的抗干扰能力。以下是一个简单的全差分放大器Verilog代码示例：

module full_differential_amp ( input wire clk, input wire rst, input wire [15:0] in_p, input wire [15:0] in_n, output reg [15:0] out_p, output reg [15:0] out_n ); always @(posedge clk or posedge rst) begin if (rst) begin out_p <= 16'b0; out_n <= 16'b0; end else begin // 简单的放大操作，这里假设放大倍数为2 out_p <= 2 * in_p; out_n <= 2 * in_n; end end endmodule

这段代码定义了一个全差分放大器模块，它有时钟信号clk、复位信号rst，以及差分输入inp和inn，差分输出outp和outn。在时钟上升沿或复位信号有效时，进行相应的操作。复位时，输出清零；正常工作时，将输入信号放大2倍。

（二）开关电容放大器

开关电容放大器通过电容的充放电来实现信号的放大和处理。其原理是利用开关的通断来控制电容与不同电位的连接，从而实现信号的采样和放大。以下是一个简单示意的开关电容放大器代码片段（以Python为例，方便理解原理）：

import numpy as np class SwitchedCapacitorAmp: def __init__(self, C1, C2): self.C1 = C1 self.C2 = C2 def amplify(self, input_signal): # 简单模拟开关电容放大器放大操作，放大倍数为C2/C1 return (self.C2 / self.C1) * input_signal

在这个Python类中，SwitchedCapacitorAmp类初始化时设置两个电容C1和C2，amplify方法实现了基于电容比值的信号放大功能。

（三）共模反馈（CMFB）

共模反馈用于稳定全差分放大器的共模输出电平。没有共模反馈的话，放大器的共模输出可能会漂移，影响整个系统性能。下面是一个简单的共模反馈Verilog代码示例：

module cmfb ( input wire clk, input wire rst, input wire [15:0] out_p, input wire [15:0] out_n, output reg [15:0] cmfb_control ); reg [15:0] cm_out; always @(posedge clk or posedge rst) begin if (rst) begin cm_out <= 16'b0; cmfb_control <= 16'b0; end else begin // 计算共模输出 cm_out <= (out_p + out_n) / 2; // 简单的反馈控制，这里假设一个阈值为16'h8000 if (cm_out > 16'h8000) begin cmfb_control <= cmfb_control - 1; end else if (cm_out < 16'h8000) begin cmfb_control <= cmfb_control + 1; end end end endmodule

这个模块通过对差分输出的共模电平进行计算，并与设定阈值比较，产生共模反馈控制信号cmfb_control，以此来稳定共模输出电平。

三、Sigma - Delta ADC建模

（一）Matlab建模

Matlab为Sigma - Delta ADC建模提供了强大的工具和环境。以下是一个简单的Matlab脚本示例，用于模拟Sigma - Delta调制器的基本行为：

% 设定参数 fs = 1e6; % 采样频率 f0 = 100e3; % 输入信号频率 N = 1024; % 采样点数 t = (0:N - 1) / fs; input_signal = sin(2 * pi * f0 * t); % Sigma - Delta调制器基本模拟 modulated_signal = zeros(1, N); integrator = 0; for n = 1:N error_signal = input_signal(n) - modulated_signal(n - 1); integrator = integrator + error_signal; if integrator > 0 modulated_signal(n) = 1; end else modulated_signal(n) = -1; end end figure; subplot(2,1,1); plot(t, input_signal); title('输入信号'); xlabel('时间 (s)'); ylabel('幅值'); subplot(2,1,2); plot(t, modulated_signal); title('调制后信号'); xlabel('时间 (s)'); ylabel('幅值');

这个脚本首先设定了采样频率、输入信号频率等参数，然后通过简单的积分和比较操作模拟了Sigma - Delta调制器的行为，并绘制出输入信号和调制后信号的波形。

（二）Simulink建模

在Simulink中搭建Sigma - Delta ADC模型更加直观。可以通过Simulink库中的各种模块，如积分器、比较器、加法器等，按照Sigma - Delta调制器的结构进行连接。例如，先将输入信号连接到一个积分器模块，积分器的输出连接到比较器，比较器的输出再反馈回来与输入信号做差，形成闭环结构。这样就可以方便地观察和分析整个系统在不同输入信号下的响应。

三阶 CRFB 结构 Sigma-Delta 调制器，enob为15，smic180nm，有testbench，并有配套的文档说明，适合sd adc亲手入门 全差分放大器，开关电容放大器，共模反馈，CMFB Sigma delta adc matlab 建模 simulink建模

总之，三阶CRFB结构Sigma - Delta调制器结合全差分放大器、开关电容放大器、共模反馈等关键模块，再配合Matlab和Simulink建模，为SD ADC的入门学习提供了一个非常好的实践路径。希望大家通过这些内容，能对SD ADC有更深入的理解和掌握。