晶片量測

延遲數位前饋強健式多級三角積分調變器使用TSMC 90-nm 1P9M 標準製程 實現電路。圖4-32為晶片測試圖，包含了儀器、周邊電路與待測下的元件(device under test, DUT)，周邊線路製作成印刷電路板(printed circuit board, PCB)，提供 DUT良好的測試環境，一個準確的時脈由石英震盪器提供。高解析度的信號源由 Audio Precision提供，用來測試的工作效能。由電源供應器與調節器(regulator)電 路來產生類比與數位所需的供應電源。DUT的數位輸出訊號經由數位邏輯分析儀 (TLA 5201)做資料的抓取，並將資料由數位邏輯分析儀取出，最後再經由 MATLAB來做運算分析晶片所達成的效能。

圖4-32 晶片量測圖

4.4.1 輸入訊號與輸入終端電路

圖4-33為輸入終端電路，此電路為低通濾波器，可以濾除高頻信號，防止雜 訊摺疊回頻寬內。高解析度的弦波差動訊號可以由Audio Precision產生，提供給

三角積分調變器。弦波差動訊號經由SMA(Surface Mount Adaptor)連接至輸入終端 電路。因為Audio Precision只產生差動的交流信號，而不含直流成分，故需要一 個可提供直流成分的電路與其交流信號做偶合。Audio Precision的內阻為600Ω，

因此，濾波器的輸入阻抗設計為600Ω時，可得到最佳的功率傳輸。

圖4-33 輸入終端電路

4.4.2 供應電壓電路

圖4-34為LM317調節器所組成的電壓調節電路，它能提供一個穩定的直流電 壓輸出，因此類比和數位電路的供應電壓可經由LM317電壓調節器電路來產生，

其中，輸出端點out與校正端點ADJ間會維持約1.25V的電壓差，因此，這個調節 器電路的輸出電壓Vout可由(4-40)式算得，

2

2 1

1.25 (1 )

out ADJ

V R I R

= ⋅ + R + (4-40)

圖4-34 LM317 電壓調節器電路

其中IADJ為LM317調節器的校正端點ADJ流出的直流電流，一般來說IADJ為很小的 電流，因此，輸出電壓Vout幾乎不受R3影響。另外額外的電容C1和C2是用來達到更 好的直流電壓源。

圖4-34的LM317電壓調節器電路，大約只能產生1.25V的最低電壓，這與較低 的電壓需求不符合。因此，需使用運算放大器OP27組成低雜訊可調直流電壓源如 圖4-35所描繪，此電路為單增益緩衝電路，利用可變電阻來調整控制偏壓電路產 生所需的輸入電壓，藉此獲得想要的參考電壓。

圖4-35 OP27 電壓調節器電路

4.4.3 濾波槽

為了讓DUT有更乾淨的供應電壓源，因此，任何的直流供應電壓在注入DUT 前，都必須先串聯一個電感與旁路電容濾波器，組成濾波槽(filter tank)。旁路電 容濾波器由四個電容並聯組成，分別為10 μF、1 μF、0.1 μF 與0.01 μF，如圖4-36 所描繪。此濾波電路可穩定直流成分，並且偶合雜訊。

圖4-36 濾波槽電路

4.4.4 量測結果

圖4-37所示為延遲數位前饋強健式多級三角積分調變器的晶片顯微照相圖。

晶片之測試電路製作如圖4-38所示。

圖4-37 晶片顯微照相圖

圖4-38 晶片測試電路板

圖4-39為延遲數位前饋強健式多級三角積分調變器之輸出功率頻譜圖。取樣 點數為32768點，訊號頻寬為音頻的25 KHz，輸入正弦波訊號頻率約為7.6 KHz，

訊號取樣頻率為3 MHz，輸入振幅約為+2 dB，peak SNDR可達到63.24 dB。而晶 片的輸入動態範圍為68 dB，最大SNR為67.84 dB，如圖4-40所示。在1.2V的供應 電源下，此晶片所需的總功率消耗為1.1481 mW，而不包含輸出驅動電路之總功 率消耗為813.3 μW，類比端與數位端的總功率消耗分別為428.1 μW與385.2μW。

10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0

SNDR = 63.24dB

Frequency (Hz)

Power (dB)

圖4-39 晶片量測輸出功率頻譜圖

圖4-40 晶片量測輸入動態範圍