基于过零检测器的逐次逼近—流水线混合型ADC研究

发布时间：2017-11-19 13:02

  本文关键词：基于过零检测器的逐次逼近—流水线混合型ADC研究

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【摘要】：随着半导体产业的飞速发展,移动电子产品越来越多的进入到我们的日常生活中。可穿戴电子产品、智能手机等电子终端的发展对模数转换器(ADC)的要求也越来越高。高速度、高精度和低功耗是ADC发展的主要方向。Pipeline ADC主要应用在高速高精度ADC领域,但Pipeline ADC的传统MDAC模块需要用高带宽高增益的运放来实现,其设计难度较高、功耗与面积较大。而半导体工艺不断发展、特征尺寸逐渐减小、电源电压逐渐降低,由于SAR ADC在功耗与面积上有优势,因此逐渐成为模数转换器的研究热点,但SAR ADC在速度与精度方面很难达到较高水平。逐次逼近-流水线混合型ADC即Pipelined SAR ADC,是一种新型混合结构的ADC,吸取了Pipeline ADC与SAR ADC的优点,在速度、精度、面积与功耗上有较好的折衷,现已成为研究热点。传统的MDAC电路由运放实现,它是流水线型ADC的重要模块,其缺点是设计难度较高、面积与功耗较大。本文针对传统结构,提出采用过零检测器实现的MDAC电路,其结构简单,功耗与面积较小,是实现MDAC电路的新方式。论文首先介绍了SAR ADC与Pipeline ADC的基本原理与结构,针对这两种ADC的优缺点,提出Pipelined SAR ADC。对这种新型ADC的结构、原理及其冗余位校准算法进行研究。然后从基于运放的MDAC电路入手,提出采用比较器与采用过零检测器实现的MDAC电路。文章又对基于过零检测器的Pipelined SAR ADC的非理想因素进行研究,提出改善方法,并对ADC的整体系统进行进一步优化。最后采用SMIC 1.8V 0.18μm CMOS工艺设计了一款12位50MS/s基于过零检测器的Pipelined SAR ADC。采用6+7的两级结构,应用冗余校准技术得到12位量化码。用过零检测器代替传统运放结构实现MDAC电路,有效地降低了功耗与面积,在MDAC电荷转移阶段,采用两阶段的电荷转移技术,有效地缩短建立时间并提高MDAC精度。将Pipelined SAR ADC与采用过零检测器实现的MDAC电路两种新型技术有效地结合起来,提出一种高速、高精度和低功耗ADC的新设计方法。论文给出Pipelined SAR ADC的版图设计,在电压摆幅为1.8V,采样速率为50MS/s的条件下,测试得到SNDR为66.53dB,SFDR为78.95dB,ENOB为10.76位,功耗为5mW。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN792

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本文编号：1203614