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Sigma-Delta模/數(shù)轉換器作為CMOS模/數(shù)轉換器中*為經(jīng)典的設計技術，自1962年面世以來，在高分辨率、低帶寬的傳感器接口電路、儀器儀表測量以及數(shù)字音頻等系統(tǒng)中得到了廣泛應用。Sigma-Delta模/數(shù)轉換器有效結合了過采樣和噪聲整形技術，利用頻率遠高于奈奎斯特采樣頻率的時鐘對輸入信號進行采樣，實現(xiàn)了極高的輸出分辨率。
本書分10章詳細討論了Sigma-Delta模/數(shù)轉換器的基本原理、基礎結構、非理想誤差和自頂向下（自底向上）的綜合分析方法；并在此基礎上，結合設計實例和SIMSIDES仿真工具，對Sigma-Delta模/數(shù)轉換器的電路級、物理級設計進行了詳盡的分析；*后介紹了近年來Sigma-Delta模/數(shù)轉換器的發(fā)展趨勢以及面臨的挑戰(zhàn)。
本書可作為高等學校微電子學與固體電子學、集成電路設計、電子信息工程等專業(yè)高年級本科生和研究生的相關教材，也可以作為半導體相關領域工程技術人員的參考用書。

在CMOS技術中， Sigma-Delta調(diào)制器已經(jīng)成為實現(xiàn)集成電路系統(tǒng)中模 /數(shù)轉換的好方法之一。相較于其他模 /數(shù)轉換器（ ADC），在以分辨率和帶寬為坐標單位的平面圖中， Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的應用范圍為寬廣。 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器是對各種不同類型信號進行數(shù)字化的有效方式，這些信號包括應用于高分辨率、低帶寬數(shù)據(jù)轉換的數(shù)字音頻和傳感器接口以及儀器儀表，超低功耗生物醫(yī)學系統(tǒng)和中等分辨率、寬帶寬的無線通信系統(tǒng)。應用場景的多樣性、魯棒性與簡易性，使得 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器成為越來越多工程師在項目研究和工業(yè)產(chǎn)品設計中的。
1962年，Inose 等人在論文中次公開提出， Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的結構，但其基本原理早已于 1960年由 Cutler進行了專利注冊 [1,2]。Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的基本原理簡單易懂，但分析過程較為復雜。 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的基本原理是兩大信號處理技術的結合，即過采樣和量化噪聲整形。過采樣是以比奈奎斯特采樣定律所規(guī)定速率更高的速率進行樣本采集；采集的樣本通常使用低分辨率量化器進行量化，量化過程存在較大誤差，量化誤差將在調(diào)制器的反饋環(huán)路中被消除；此外，再通過數(shù)字濾波器使得帶寬外的大部分信號功率被消除，進而實現(xiàn)信號頻譜整形。過采樣與噪聲整形的結合使得 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器完成了利用低分辨率量化器實現(xiàn)高精度的數(shù)字化過程。因此，與其他需要高精度模擬電路的模 /數(shù)轉換器相比， Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器以犧牲模擬電路精度換取了數(shù)字信號運算速度的提升，從而進一步降低對電路誤差的靈敏度，這個特點為 CMOS技術向納米級發(fā)展提供了可能。
基于以上優(yōu)點以及消費電子產(chǎn)品尺寸縮小和行業(yè)趨勢的推動，經(jīng)過許多代 Sig-ma-Delta模 /數(shù)轉換器的迭代，初的噪聲整形經(jīng)過近 50年的不斷優(yōu)化，產(chǎn)生了許多電路結構、電路系統(tǒng)設計技術和若干集成電路（ IC）芯片。這些新設計和新電路的產(chǎn)生促使 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器不斷優(yōu)化，創(chuàng)造出更多創(chuàng)新性的設計和成功的工業(yè)產(chǎn)品。
所有上述技術發(fā)展和技術研究為該領域提供了大量的技術文獻。事實上，自 Candy[3，4]、Boser與 Wooley[5]那些被廣泛引用的開創(chuàng)性文章發(fā)表以來，出版物的數(shù)量顯著上升，其中包括數(shù)以百計項授權專利、成千上萬篇研究論文、一些指導論文 [6-8]、很多導論和專著 [9-31]。然而，對于許多設計者，尤其是那些與眾不同的設計者和專注于 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器某些細分領域的有經(jīng)驗的設計者而言，面對如此海量的資料和已出版的技術文獻常常會迷失方向。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，促使一些作者開始將這些碎片化的信息進行全面、系統(tǒng)的整合。
除了早期致力于對 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器已出版文獻進行分類的書籍 [9]以外，一本旨在作為 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器設計指南的書籍已于 1997年由 Norsworthy等人 [10]編寫出版，被業(yè)界稱作黃皮書。這本書介紹了 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的許多重要組成，由許多行業(yè)專家共同撰寫，但缺乏一定的條理和連續(xù)性。以這本書為基礎，一些作者開始致力于撰寫系統(tǒng)性的 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器設計指導專著。
此外，由 Schreier與 Temes撰寫、于 2005年出版的書籍 [21]通常被稱作綠皮書，這本書已成為 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器領域受歡迎的書籍之一。這本書提供了一個優(yōu)秀、全面的 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器解決方案、基本原理和主要架構，還列舉了一些設計結構，并利用 MATLAB工具 [32]加以實現(xiàn)。該書的修訂版由 Pa-van、Schreier和 Temes主編，于 2017年出版 [33]。第 2版在不改變第 1版的核心，即介紹 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的基本原理的基礎上，擴展了關于連續(xù)時間（ CT）電路實現(xiàn)和設計的部分。
還有其他一些具有劃時代意義的書籍值得注意，其中包括 Medeiro等人于 1999年 [13]撰寫的關于開關電容 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的系統(tǒng)設計，以及 2006年 Ort-manns與 Gerfers[22]出版的書籍，該書至今仍然是有關于連續(xù)時間 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的完整專著之一。所有這些書籍，包括在其他技術文獻中所提及的專著對 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器的介紹都不完整，更多的是關注于設計的某一特定方面，或者是某種結構類型、電路技術或應用。
因此，本書的第 2版在不改變第 1版核心思想的前提下，通過對 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器全系列進行綜合性的、系統(tǒng)性的介紹以彌補一些知識漏洞，其中包括結構多樣性、電路技術、分析與合成方法、 CAD工具和一些實際設計中需要考量的因素。正如第 1版提及的，本書的初衷是為本科生和研究生提供一本具有教育、參考價值的指導書�；谶@個理念，以及作者使用本書第 2版展開教學而得到的反饋和讀者對第 2版的反饋，第 2版的內(nèi)容已全面更新，進而可以展現(xiàn)給更廣大的讀者，無論是希望對 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器獲得更加深入了解和見解的資深設計者，還是渴望在這個熱門話題上得到統(tǒng)一且獨到見解的初出茅廬的設計者，都能從本書中獲益。新的內(nèi)容和素材使得第 2版成為一本獨特的專著，一本匯編和更新了在 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器方面無數(shù)的技術和研

譯者序原書前言致謝
第1章 Sigma-Delta調(diào)制器概述：基本原理、基礎結構與性能指標 1
1.1模 /數(shù)轉換器基礎 1
1.1.1　采樣 3
1.1.2　量化 4
1.1.3　量化白噪聲模型 6
1.1.4　噪聲整形 8
1.2Sigma-Delta 調(diào)制器 9
1.2.1從噪聲整形系統(tǒng)到 Sigma-Delta調(diào)制器 9
1.2.2Sigma-Delta調(diào)制器的性能參數(shù) 10
1.3一階 Sigma-Delta調(diào)制器 13
1.4Sigma-Delta調(diào)制器的性能提升與分類 16
1.4.1Sigma-Delta調(diào)制器的系統(tǒng)級設計參數(shù)和策略 16
1.4.2Sigma-Delta調(diào)制器的分類 18
1.5知識整合：從 Sigma-Delta調(diào)制器到 Sigma-Delta模 /數(shù)轉換器 19
1.5.1　Sigma-Delta抽樣濾波器簡介 20
1.6　Sigma-Delta數(shù) /模轉換器 22
1.6.1Sigma-Delta數(shù) /模轉換器中的系統(tǒng)設計折中與信號處理
23
1.6.2數(shù) /模轉換器中數(shù)字 Sigma-Delta調(diào)制器的實現(xiàn) 24
1.7　小結 25
參考文獻 26

第2章　Sigma-Delta調(diào)制器的結構分類 28
2.1　二階 Sigma-Delta調(diào)制器 28
2.1.1　二階 Sigma-Delta 調(diào)制器的另一種表示方法 30
2.1.2　具有單位增益信號傳輸函數(shù)的二階 Sigma-Delta調(diào)制器 33
2.2高階單環(huán)二階 Sigma-Delta調(diào)制器 34
2.3級聯(lián) Sigma-Delta調(diào)制器 38
2.3.1　級聯(lián) Sigma-Delta調(diào)制器的結構 45
2.4多位 Sigma-Delta調(diào)制器 48
2.4.1　多位數(shù) /模轉換器誤差的影響 48
2.4.2　動態(tài)器件匹配技術 49
2.4.3　雙量化 52
2.5帶通 Sigma-Delta調(diào)制器 54
2.5.1正交帶通 Sigma-Delta調(diào)制器 55
2.5.2 z .z2低通 -帶通變換 57
2.5.3　具有化噪聲傳輸函數(shù)的帶通 Sigma-Delta調(diào)制器
58
2.5.4　時間交織和多相位帶通 Sigma-Delta調(diào)制器 61
2.6連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器的結構和基本原理 63
2.6.1連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器的直觀分析 65
2.6.2連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的混疊抑制簡述 68
2.7離散時間 Sigma-Delta調(diào)制器 -連續(xù)時間 Sigma-Delta 調(diào)制器變換 69
2.7.1　脈沖不變變換 70
2.7.2二階 Sigma-Delta調(diào)制器的離散時間 -連續(xù)時間變換 72
2.8連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器的直接綜合法設計 74
2.9 小結 76
參考文獻 76

第3章　開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的電路誤差 81
3.1開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的非理想因素概述 81
3.2開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的有限放大器增益 83
3.3開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的電容失配 87
3.4開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的積分器建立誤差 90
3.4.1　積分器建立的行為級模型 90
3.4.2　有限放大器增益的線性效應增益帶寬積 94
3.4.3　有限放大器壓擺率的非線性效應 95
3.4.4　有限開關導通電阻效應 97
3.5開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的電路噪聲 101
3.6開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的抖動 104
3.7開關電容 Sigma-Delta調(diào)制器中的失真源 106
3.7.1　非線性放大器增益 106
3.7.2　非線性開關導通電阻 108
3.8Sigma-Delta調(diào)制器的高階選型設計實例分析 110
3.8.1　理想調(diào)制器性能 110
3.8.2　噪聲泄漏 111
3.8.3　電路噪聲 114
3.8.4　建立誤差 115
3.8.5　整體高階選型設計和噪聲預算 117
3.9　小結 118
參考文獻 119

第4章　連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的電路誤差和補償技術 122
4.1連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器的非線性概述 122
4.2　連續(xù)時間積分器和諧振器 123
4.3連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的有限放大器增益 125
4.4連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的時間常數(shù)誤差 127
4.5連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的有限積分器動態(tài)性能 129
4.5.1　有限增益帶寬積對連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器的影響 130
4.5.2　有限壓擺率對連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器的影響 132
4.6　連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的失真源 133
4.6.1　前端積分器中的非線性 133
4.6.2　反饋數(shù) /模轉換器中的碼間干擾 136
4.7連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的電路噪聲 136
4.7.1考慮非歸零反饋數(shù) /模轉換器時的噪聲分析 137
4.7.2考慮開關電容反饋數(shù) /模轉換器時的噪聲分析 138
4.8連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的時鐘抖動 139
4.8.1歸零數(shù) /模轉換器中的抖動 141
4.8.2非歸零數(shù) /模轉換器中的抖動 142
4.8.3開關電容數(shù) /模轉換器中的抖動 143
4.8.4　時鐘抖動誤差的殘余效應 144
4.8.5　利用有限長單位沖激響應濾波器（FIR）和正弦整形數(shù) /模轉換器降低時鐘抖動效應 147
4.9　連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的過量環(huán)路延遲 149
4.9.1　過量環(huán)路延遲的直觀分析 149
4.9.2　基于脈沖不變離散時間 -連續(xù)時間變換的過量環(huán)路延遲分析 152
4.9.3　替代的過量環(huán)路延遲補償技術 155
4.10　連續(xù)時間 Sigma-Delta調(diào)制器中的量化器亞穩(wěn)態(tài) 156
4.11　小結 160
參考文獻 160

第5章　行為級建模和高階仿真 165
5.1Sigma-

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