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以電壓控制震盪器為基底的量化器之連續時間三角積分類比數位轉換器

為了解決cla35規格的問題，作者陳冠宇 這樣論述：

本論文以應用於超音波檢測之生醫用類比數位轉換器(Analog to Digital Converter, ADC)為設計目標，使用TSMC 1P6M 0.18 μm製程設計。醫用超音波常用的信號輸入範圍為2.5 MHz～10 MHz，因此選定輸入信號頻寬為10 MHz，有效位元數需大於12位元以上，並盡可能地降低功耗。為了滿足上述高速、高解析度的條件，ADC架構選擇以三角積分調變(Delta-Sigma, ΔΣ)實現，經由MATLAB模擬後，決定採用三階前饋連續時間系統，取樣頻率為1GHz，超取樣率為50倍，使用電壓控制振盪器(Voltage Control Oscillator,

VCO)為基底的多位元量化器取代內部的快閃式類比數位轉換器。 連續時間系統其內建的抗混疊濾波器可節省元件數量，前饋架構因為其內部的電壓震幅擺動較小，所以運算放大器(Operational Amplifier, OPA)的設計規格可以較為舒緩同時降低功耗。整個三階前饋系統由兩個OPA組成的二階迴路濾波器函數以及VCO量化器自帶的一階函數所構成，選擇VCO做多位元量化器的原因是相較於傳統的三階系統省下了一個OPA的功耗，同時VCO量化器是利用相位差來量化輸入信號，對比於傳統的多位元量化器而言，因不需要額外的參考電壓與分壓，其抵抗製成變異的能力較高，最後其內建的動態元素匹配降低了系統回授端數位

類比轉換器線性度的問題。 整個系統供應電壓為1.8 V，在訊號頻寬10 MHz、取樣頻率1 GHz下，系統SNR達到78.68 dB、SNDR達到76.16 dB、有效位元數(Effective Number of Bits, ENOB)為12.36位元，動態範圍(Dynamic range, DR)達到79.3 dB、功耗為30.7 mW。