SAR-VCO混合型A/D转换器的研究与设计

发布时间：2021-04-13 02:09

　　随着数字互联网时代的到来,作为连接世界和数字世界的模拟数字转换器起着不可替代的作用。CMOS技术规模的不断缩小为集成电路带来了快速发展,设计出一种高精度、高速、低功耗、面积小的ADC是目前的趋势和挑战。但想要同时实现多功能的ADC难度很大,在实际中就需要我们对各项参数指标进行折中,根据不同应用场景需要设计出最优化性能的ADC,于是满足不同应用的ADC相继诞生。本文主要研究了一种具有新型混合结构的SAR-VCO ADC,其中第一级采用SAR ADC结构,第二级采用VCO-based ADC结构。首先,本文分析了SAR ADC、VCObased ADC和SAR-VCO ADC的基本结构、工作原理和关键技术。其次对SAR-VCO ADC进行了系统级建模,考虑了线性度、面积、相位噪声和功耗等因素,提出了一种两级最优位数组合方案。根据行为建模和仿真的结果,可以得到SAR-VCO ADC由6位SAR ADC和4位VCO-based ADC是最优分辨率分配方案,也为后续晶体管级设计提供理论基础。在系统理论分析之后,本文对SAR-VCO ADC各个模块的电路进行了较深入的研究与设计。第一级采用了一种异... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

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(a) (b)图3.7 第一级分辨率影响(a)SNR 和 SNDR (b) SFDR为了验证先前的结论，图 3.7(a)所示的 SNR 和 M1的关系。根据观察，当 M1小于 6 时，SNR 会变小。可以从等式(3-28)得到，总的噪声与第一级分辨率 M1的平方呈反比，其中量化噪声依然为常数，这是由于 SAR-VCOADC 的总分辨率等于 10 没有变。根据以上关于失真的讨论和图 3.7(b)可得，当 M1大于等于 6 时，谐波毛刺的影响会变轻。因此

这证明非线性分析的结论是正确的，因此我们将得到最优的分辨率组合为第一级 6 位SARADC，第二级为 4 位 VCO-based ADC。图3.8 两级 ADC 的总功耗随着 M1的变化图3.9 标准化 FOM 与 M1的关系综上所述，分析了 VCO 非线性、相位噪声、能耗对 SAR-VCO ADC 性能的影响。非线性度、相位噪声和能耗随着第一级分辨率增加而减小，而且这个影响在 M1大于等于 6 时的影响变小。相反的，面积随着 SARADC 的位数指数增加。根据仿真结果，我们得到的最优两级位数分配方案是第一级采用 6 位 SAR ADC，第二级采用4 位 VCO-basedADC，这样的分配方案是对各种非理性因素有很好的折中。3.3 本章小结两级 SAR-VCO ADC 通常由第一级粗量化的 SAR ADC 和第二级细量化 VCO-based ADC 构成。该结构既具有低功耗性能，它又利用 VCO-based ADC 的固有噪声


本文编号：3134413