低功耗逐次逼近型CMOS模数转换器的研究
[Abstract]:Analog-to-digital converter (ADC:Analog-to-Digital Converter), as a necessary module unit in signal link, is widely used in various on-chip systems. In addition, in wireless sensor networks, life monitoring, portable entertainment and other low-power applications, battery life and single power supply duration has become a problem to be solved. The design of analog circuit becomes more and more difficult with the decreasing of process characteristic size. Compared with over-sampling (Delta-Sigma) ADC and pipelined ADC (pipeline ADC), successive approximation analog-to-digital converter (SAR ADC) has become a hot research area because of its simple structure, low power consumption and easy integration. The main work of this paper is as follows: (1) A series of asymmetric charge compensated switches, which can significantly optimize the overall power consumption of a low power successive approximation type A / D converter, are proposed, and the switching power consumption of the sequence is also discussed. Reset power consumption and linearity are analyzed. Compared with the monotonic switch sequence, the switching sequence can reduce the switching power by 93.8%. If the reset power is taken into account, the total power consumption (the sum of switching power and reset power) of the capacitive DAC using the switch timing will be optimized to 18.4. If the capacitance has the same matching precision, In this paper, the variance of the Gao Si distribution satisfied by the maximum differential nonlinear error of the asymmetric charge compensated switching sequence is only 1 / 2 of the Gao Si distribution satisfied by the maximal differential nonlinear error corresponding to the monotonic switch sequence. Based on the SMIC 0.18- 渭 m CMOS process, an ultra-low power successive approximation analog-to-digital converter is designed and implemented in this paper. The test results show that the ADC reaches a significant number of 9. 4 bits under Nyquist input conditions. (2) the relationship between input offset voltage and common-mode input level of dynamic latch comparator operating in weak inversion region is deduced theoretically and verified by simulation. According to the results of theoretical analysis, by optimizing the size of transistors in comparator at 0.6-V power supply voltage, when the input common-mode level of comparator changes from 300mV to 450mV, The amplitude of 3 脳 蟽 input offset voltage is 0.15 MV, which is only 1 / 8 LSB. (3) the factors that limit the sampling speed of successive approximation analog-to-digital converters are analyzed, and the structure of capacitive DAC in successive approximation analog-to-digital converters is improved. This paper presents a novel DAC structure which can effectively improve the sampling speed of successive approximation A / D converters. Based on SMIC 65-nm CMOS process, this paper designs a low power SAR ADCs with 1. 2-V 10 bits and 300 MS / s. Considering the tradeoff among power consumption, chip area and sampling speed, the successive approximation analog-to-digital converter uses a two-stage sub-DAC, in which the first sub-DAC accuracy is 5 bits and the second stage sub-DAC accuracy is 10 bits. Compared with the structure of the traditional successive approximation analog-to-digital converter, the size of the circuit increases only 32 unit capacitors and 74 gates of the small-scale digital logic. The post-simulation results show that the effective bit number of the ADC can reach 9.67 bits under Nyquist input condition, and the power consumption is only 1.27 MW.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN792
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,本文编号:2196473
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