一种10位single-slopeADC的电路仿真与版图设计

发布时间：2019-09-25 20:15

【摘要】：在当今社会,便携式数码产品因其小体积、低功耗、易于携带而拥有广泛的市场和光明的未来。在视频技术领域,CMOS图像传感器因其低功耗、小尺寸、与其他电路工艺兼容和高集成度而受到广泛应用。而一个高性能的ADC(模数转换器)则是图像传感器中最重要的组成部分。因此采用标准CMOS工艺设计一个高性能的ADC成为迫切的要求。随着工艺尺寸的进一步降低,集成电路的规模急剧增加,数亿只晶体管同时集成在单一芯片上早已成为现实,因此,现代集成电路的设计不可能依靠人力手工运算来设计,计算机辅助设计(EDA)早已成为主流,EDA软件的兴起极大提高了集成电路设计的效率,同时EDA软件的开发和使用也成为一个关键性的问题。本文基于强大的EDA设计软件Cadence来实现了一款10位单斜坡(single-slope)ADC的设计,主要包括双采样(CDS)电路、放大器电路、比较器电路、斜坡发生器等。CDS电路采用传统的双采样电路。放大器采用P型输入折叠共源共栅结构。通过让开关S1比开关S2提前断开来有效的抑制开关沟道电荷注入效应和时钟馈通效应,提高了模数转换器的线性度和信噪比。比较器工作速度为100MHz,故采用前置预放大器加锁存器的比较器结构。考虑到比较器精度的需求,对前置预放大器采用输出失调存储技术进行失调校准。斜波发生器采用电流舵的斜波发生器,为了实现电路结构的优化,电流源网络采用4位二进制和6位温度计码的编码方式。采用Verilog硬件描述语言设计了带有复位功能的10位二进制计数器。并利用Calibre软件完成了ADC整体的版图设计。在UMC110nm CMOS工艺下设计电路,并利用网表和SPICE仿真工具对ADC各个模块电路进行模拟仿真,电源电压为1.5V。仿真结果表明,CDS电路具有良好的采样功能,并有效的消除了噪声;比较器工作频率超过100MHz,失调电压小于2mV;基于电流舵DAC的斜波发生器在100MHz的时钟控制下,可以产生1V差分模拟斜坡输出;计数器也满足100MHz的频率要求。对于整体ADC,在输入信号频率为46.665KHz,采样频率为95KHz的情况下,电路的SNR为58.7dB,SFDR为74.5d B,约合有效位数ENOB达到9.46位,基本达到了设计要求。
【图文】：

图 2 3 ADC 失调误差示意图Gain Error)为 ADC 实际量化曲线的斜率与理想 ADC 存在 1.5LSB 增益误差时的量DC 量化曲线台阶宽度小于理想值，。80818283848586

808182838485868788图 2 3 ADC 失调误差示意图 Gain Error)为 ADC 实际量化曲线的斜率与理想量化曲 ADC 存在 1.5LSB 增益误差时的量化曲线DC 量化曲线台阶宽度小于理想值，，实际量。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN792

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本文编号：2541584