基于0.18um工艺的Pipeline-SAR ADC的设计

发布时间：2017-03-31 21:10

  本文关键词：基于0.18um工艺的Pipeline-SAR ADC的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：今天人们的生活离不开各种各样的电子设备,如智能手机、平板电脑和个人计算机等等。新兴的各种电子设备在物联网飞速发展的今天也层出不穷,比如智能手环和智能飞行器等。现代电子设备中必不可少的是形形色色的集成电路,集成电路将各种功能元件集成到一片硅衬底上,在很小的面积上实现系统级的功能。由于电子设备的集成度越来越高,所以在很多电子系统的应用中,集成电路的功耗成为电子系统功耗的主要来源。而集成电路工艺的技术正如摩尔定律预言的那样,特征尺寸不断降低,单位面积上的晶体管数成倍增加。集成电路特征尺寸的下降使得人们进一步提高集成电路的集成度并且通过改善电路架构来进一步降低系统的功耗。然而,现实世界是以模拟信号存在的,模拟信号相对数字信号而言有几个特殊的性质,比如信号频谱趋于无穷、信号变化不规则等等。为了能够将数字处理技术稳定性高和处理能力强的特点应用到模拟域中,模数转换器作为一个桥梁出现了。现代模数转换器包含多种架构,比如Sigma-Delta ADC、Pipeline ADC、SAR ADC和Flash ADC等等。但是,由于模数转换器基本原理的限制,每种模数转换器都只能在特定应用领域发挥作用。其中,流水线型模数转换器由于很好地折衷了模数转换器的功耗、转换速度和转换精度三方面的性能指标,成为了中高速、高精度模数转换器的主流结构。本论文首先介绍了流水线模数转换器的基本原理,建立了一个2.5bit/Stage的14bit Pipeline ADC系统模型,对这个系统模型进行仿真分析同时对流水线模数转换器的各分电路进行功耗分析。然后,论文介绍了基于比较器和电流源的MDAC设计,同时以一个1.5bit/Stage采用比较器和双电流源架构的MDAC为例介绍了这种MDAC的设计要求和方法,并给出瞬态仿真结果。接着,介绍了14bit Pipeline SAR模数转换器的组成部分和电路功能,从三部分展开介绍,一是异步时钟逐次逼近型模数转换器的设计,另一个是采样保持电路的设计,最后是第一级MDAC的设计电路。最后,论文介绍了针对Pipeline SAR模数转换器各部分电路的仿真结果,包含异步时钟SAR ADC的仿真结果和14bitPipeline-SAR ADC的FFT结果。综上,本论文从两个角度出发探索Pipeline ADC的发展,一个是用比较器和电流源组合替代运算放大器的思路,另一个是采用高增益MDAC和异步时钟逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)结合的方法。本论文设计了一款Pipeline-SAR模数转换器,在输入信号频率为1.22MHz的条件下,采样保持器的有效位数(ENOB)为14.8bit,模数转换器整体的仿真结果信噪比(SNDR)为73.2d B,有效位数为11.9bit。
【关键词】：流水线模数转换器 增益增强型运算放大器 增益自举开关 异步时钟 逐次逼近型模数转换器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN792
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 课题的背景与研究的意义13-14
• 1.2 研究现状分析及模数转换器发展趋势14-15
• 1.3 本论文研究内容和创新点15-16
• 1.4 本论文的组织结构16-17
• 第二章 传统Pipeline ADC的基本原理17-27
• 2.1 Pipeline ADC基本原理17-18
• 2.2 2.5bit/Stage 14bit Pipeline ADC模型的建立与仿真18-22
• 2.3 传统Pipeline ADC功耗分析22-27
• 第三章 基于比较器的流水线模数转换器MDAC设计27-36
• 3.1 基于比较器（ZCBC）Pipeline ADC的MDAC基本原理27-30
• 3.2 基于比较器（ZCBC）的 1.5bit/Stage MDAC电路设计30-34
• 3.3 基于比较器的MDAC仿真结果34-36
• 第四章 Pipeline-SAR模数转换器的设计36-47
• 4.1 异步时钟逐次逼近型模数转换器电路设计36-39
• 4.2 基于 0.18um CMOS工艺的采样保持电路设计39-42
• 4.3 基于 0.18um CMOS工艺的 5.5bit MDAC设计42-45
• 4.4 14bit Pipeline-SAR模数转换器时序分析45-47
• 第五章 系统仿真及结果47-55
• 5.1 异步时钟逐次逼近型模数转换器电路仿真结果47-50
• 5.2 基于 0.18um CMOS工艺的采样保持电路仿真结果50-53
• 5.3 基于 0.18um CMOS工艺的Pipeline-SAR ADC仿真结果53-55
• 第六章 总结和展望55-57
• 6.1 总结55-56
• 6.2 展望56-57
• 参考文献57-60
• 作者简介60-61
• 致谢61

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