基于40nm CMOS工艺的12bit 300MS/s采样保持电路研究

发布时间：2020-12-07 14:56

　　随着计算机和移动通信的迅猛发展,系统对高速高精度ADC的需求越来越多,ADC正向高速、高精度和低功耗的方向发展。流水线ADC能够在相对较低的功耗情况下,实现高采样频率和高精度,因此,流水线ADC成为现在研究的热门方向。在流水线ADC结构中,采样保持电路(sample/hold,S/H)往往作为模拟前端电路,因此,S/H电路的精度和速度就限制了ADC所能实现的精度和速度。所以为了实现高速高精度ADC,我们就必须研究高速高精度S/H电路。本文从S/H电路理论、S/H电路结构、S/H电路误差源、S/H电路建立模型、高性能采样开关及高速高增益运算放大器等方面探讨和研究了相关理论和电路实现,最后基于40nm CMOS工艺设计了12bit 300MS/s的采样保持电路。主要成果和结论包括:1.本论文系统性地对比了不同S/H结构的优点和缺点。在保证12bit精度和300MS/s采样频率的情况下,为了降低功耗,选择电容翻转型S/H电路作为最终使用的结构。2.本论文分析了S/H电路采样相的误差源和减小误差的常见方法。而采样开关是最重要的误差源。于是重点分析了高性能采样开关结构,最后设计了一种适合于本次应... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状和发展趋势
    1.3 本文的主要贡献和创新
    1.4 论文的内容和架构
第二章 采样保持电路理论
    2.1 采样保持电路基础和性能指标
    2.2 采样保持电路时域和频域分析
    2.3 采样保持电路结构
        2.3.1 开环结构
            2.3.1.1 基于二极管桥开关的采样保持电路
            2.3.1.2 基于射随器开关的采样保持电路
            2.3.1.3 基于AB类缓冲器的采样保持电路
        2.3.2 闭环结构
            2.3.2.1 电荷转移型采样保持电路
            2.3.2.2 电容翻转型采样保持电路
    2.4 本章小结采用的采样保持结构
    2.5 本章小结
第三章 采样保持电路采样相
    3.1 误差源
        3.1.1 沟道电荷注入
            3.1.1.1 提前关断时序
        3.1.2 时钟馈通
        3.1.3 非线性导通电阻
        3.1.4 kT/C噪声
    3.2 采样开关
        3.2.1 NMOS开关
        3.2.2 CMOS开关
        3.2.3 栅压自举开关
    3.3 采用的采样开关结构
    3.4 本章小结
第四章 采样保持电路保持相
    4.1 误差源
        4.1.1 运放噪声
            4.1.1.1 热噪声
            4.1.1.2 闪烁噪声
        4.1.2 高频耦合
        4.1.3 静态误差
        4.1.4 动态误差
    4.2 保持相建立过程
        4.2.1 压摆区
            4.2.1.1 单极点运放假设
            4.2.1.2 双极点运放假设
    4.3 高速高增益运算放大器
        4.3.1 两级运算放大器
        4.3.2 套筒运算放大器
        4.3.3 折叠共源共栅运算放大器
        4.3.4 增益的提高
            4.3.4.1 两级套筒运算放大器
            4.3.4.2 增益自举运算放大器
    4.4 运放指标推导及采用的结构
        4.4.1 运放指标推导
        4.4.2 采用的运放结构
    4.5 本章小结
第五章 采样保持电路设计和仿真
    5.1 采样保持电路结构和时序
    5.2 采样开关结构和仿真
    5.3 运算放大器的结构和仿真
        5.3.1 辅助运放的仿真
        5.3.2 主运放的仿真
    5.4 采样保持电路系统仿真
    5.5 本章小结
第六章 结论
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]高速高增益运算放大器的设计及应用[J]. 朱颖,何乐年,严晓浪.  电路与系统学报. 2008(02)
[2]一种用于高速高精度A/D转换器的自举采样电路[J]. 王磊,尹文婧,许俊,任俊彦.  微电子学. 2007(01)
[3]一种低电压高精度125MHz采样/保持电路[J]. 王照钢,陈诚,任俊彦,许俊.  微电子学. 2004(03)
[4]新型CMOS采样/保持电路的设计研究[J]. 朱樟明,杨银堂,柴常春.  微电子学. 2004(03)
[5]一种CMOS高速采样/保持放大器[J]. 薛亮,沈延钊,张向民.  微电子学. 2004(03)



本文编号：2903457