融媒中心讯/近日，福州大学物理与信息工程学院魏榕山教授团队在集成电路领域取得重大进展，相关成果以“An 18.3-μW 108.3-dB DR Discrete-Time Delta-Sigma Modulator Using a Loop Filter Auto-Shift Technique”为题发表于《IEEE固态电路学报》（IEEE Journal of Solid-State Circuits）。该研究从系统设计角度探究高动态范围模数转换器的优化策略，在精密传感检测体系中具备良好的应用潜力。

模数转换器（ADC）能够对传感器输出的微弱模拟信号进行高精度采集与数字化处理，是连接真实物理世界与数字世界的关键桥梁。在电能计量、工业传感、医疗仪器及电力系统监测等应用中，被测信号幅度通常跨越多个数量级，既包含微弱信号，又可能出现大幅度变化。

为实现全量程范围内的高精度测量，ADC需同时具备高动态范围与低噪声性能。尤其在电能计量场景中，高动态范围ADC能够兼顾小电流条件下的精确计量与大负载情况下的不失真测量，从而满足系统对高精度与宽量程的综合需求。面向高精度测量传感器场景，Delta-Sigma ADC凭借过采样与噪声整形技术可实现较高动态范围，因而得到广泛应用。然而，传统Delta-Sigma ADC面临最大稳定幅度（MSA）与带内噪声（IBN）之间的设计权衡，这在很大程度上限制了其动态范围（DR）与能效的进一步提升。

针对上述挑战，魏榕山教授团队联合浙江大学谭志超研究员团队，提出了一种融合输入感知机制的系统自适应切换方法，并研制出一款基于环路滤波器自动切换（LFAS）技术的高动态范围、高能效Delta-Sigma ADC芯片。该设计在仅18.3μW功耗下，实现了108.3dB的动态范围。所提出的LFAS技术集成了自动化输入监测、热噪声压缩、量化噪声优化以及误触发保护等多项功能，使系统能够根据输入信号幅度自适应调整工作状态，即在大信号输入时提升MSA，在小信号条件下降低IBN，从而兼顾动态范围与能效表现。该芯片基于180nm CMOS工艺完成流片与测试验证。实验结果表明，在LFAS技术驱动下，ADC在3kHz带宽内的动态范围提升了5.65dB，并将ADC的动态范围优值（DR FoM）提升至190.4dB。

物理与信息工程学院青年教师魏聪为第一作者，魏榕山教授为通讯作者，福州大学为第一通讯单位。（杨巧宜）

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11488737