超低功耗16位逐次逼近式模数转换器的研究与实现
发布时间：2021-10-23 02:50
模数转换器已经成为现代电子系统中至关重要的模块,它将现实世界中连续的模拟信号转换为离散的数字信号,以便让数字信号处理系统可以高效地处理和分析数据。近年来,随着通信技术、云计算、大数据和医疗电子等技术的快速发展,模数转换器的需求越来越大,并且所需满足性能指标也越来越高。低功耗、低成本自始至终都是集成电路设计的热点和难点。本文围绕超低功耗、高精度逐次逼近式模数转换器中几个关键模块研究展开。包括电容式数模转换器失配校准、逐次逼近逻辑数字延迟的优化和低噪声比较器的设计等研究方向去进行,提出了或改进了用于逐次逼近式模数转换器中的降低功耗、提高精度和提升速度的技术手段。论文提出了一种新颖的电容式数模转换器失配数字域前台校准算法,并流片测试验证了该算法在低功耗、高精度逐次逼近式模数转换器中的有效性。主要工作和研究成果简述如下:论文在对现有逐次逼近式模数转换器中电容式数模转换器失配校准技术的分析与总结的基础之上,提出一种数字域前台校准算法。该算法结合冗余位电容和电容式数模转换器自身低位电容测量电容所对应的误差电压。在数字域,根据所测量的电容误差对权重进行校准。本文提出的算法具有无需使用额外电容式数模转...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语表
符号表
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景与意义
1.2 论文的研究内容与主要创新点
1.3 论文的组织结构
第二章 模数转换器概述
2.1 引言
2.2 模数转换器
2.3 模数转换器的性能指标
2.3.1 静态性能指标
2.3.2 动态性能指标
2.4 模数转换器的常见架构及其优缺点
2.5 本章小结
第三章 高精度SAR ADC架构及冗余位技术
3.1 引言
3.2 逐次逼近式模数转换器架构
3.2.1 采样保持电路
3.2.2 电容式数模转换器
3.2.3 比较器的失调电压和噪声
3.2.4 参考电压及共模电平
3.3 冗余位技术
3.3.1 无冗余位的比较错误
3.3.2 非二进制冗余位纠错原理
3.3.3 二进制冗余位的纠错原理
3.3.4 用于下极板采样的冗余位
3.4 本章小结
第四章 SAR ADC降低功耗和提高精度技术的研究
4.1 引言
4.2 悬空电容式CDAC结构
4.2.1 悬空电容式CDAC结构
4.2.2 改进的悬空电容式CDAC结构
4.3 无共模电压的CDAC结构
4.4 带冗余位结合无共模电压和拆分悬空电容式CDAC架构
4.5 开窗式异步SAR逻辑
4.5.1 开窗式异步SAR逻辑原理及问题
4.5.2 改进的开窗式异步SAR逻辑
4.6 低噪声、低失调电压比较器
4.6.1 电压比较器
4.6.2 失调电压自校准技术
4.6.3 比较器的噪声
4.6.4 比较器的动态误差
4.7 本章小结
第五章 一种新颖的电容式模数转换器失配校准方法
5.1 引言
5.2 校准技术概述
5.3 传统模拟校准方案
5.3.1 误差的产生
5.3.2 CDAC失配自校准
5.4 移除校准DAC
5.5 直接利用CDAC低位电容对高位电容权重做估计
5.6 一种新颖的数字域CDAC权重估计
5.6.1 基于两段式CDAC的数字域权重校准数学推导
5.6.2 非理想因素对数字校准精度的影响分析
5.6.3 行为级建模及仿真结果
5.7 本章小结
第六章 16 BIT1 MS/S SAR ADC的实现与测试
6.1 引言
6.2 系统架构介绍
6.3 版图规划
6.4 芯片测试
6.4.1 芯片照片和封装
6.4.2 静态性能
6.4.3 动态性能
6.4.4 其他指标
6.4.5 性能总结
6.5 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 总结
7.2 未来展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
本文编号：3452328
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语表
符号表
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景与意义
1.2 论文的研究内容与主要创新点
1.3 论文的组织结构
第二章 模数转换器概述
2.1 引言
2.2 模数转换器
2.3 模数转换器的性能指标
2.3.1 静态性能指标
2.3.2 动态性能指标
2.4 模数转换器的常见架构及其优缺点
2.5 本章小结
第三章 高精度SAR ADC架构及冗余位技术
3.1 引言
3.2 逐次逼近式模数转换器架构
3.2.1 采样保持电路
3.2.2 电容式数模转换器
3.2.3 比较器的失调电压和噪声
3.2.4 参考电压及共模电平
3.3 冗余位技术
3.3.1 无冗余位的比较错误
3.3.2 非二进制冗余位纠错原理
3.3.3 二进制冗余位的纠错原理
3.3.4 用于下极板采样的冗余位
3.4 本章小结
第四章 SAR ADC降低功耗和提高精度技术的研究
4.1 引言
4.2 悬空电容式CDAC结构
4.2.1 悬空电容式CDAC结构
4.2.2 改进的悬空电容式CDAC结构
4.3 无共模电压的CDAC结构
4.4 带冗余位结合无共模电压和拆分悬空电容式CDAC架构
4.5 开窗式异步SAR逻辑
4.5.1 开窗式异步SAR逻辑原理及问题
4.5.2 改进的开窗式异步SAR逻辑
4.6 低噪声、低失调电压比较器
4.6.1 电压比较器
4.6.2 失调电压自校准技术
4.6.3 比较器的噪声
4.6.4 比较器的动态误差
4.7 本章小结
第五章 一种新颖的电容式模数转换器失配校准方法
5.1 引言
5.2 校准技术概述
5.3 传统模拟校准方案
5.3.1 误差的产生
5.3.2 CDAC失配自校准
5.4 移除校准DAC
5.5 直接利用CDAC低位电容对高位电容权重做估计
5.6 一种新颖的数字域CDAC权重估计
5.6.1 基于两段式CDAC的数字域权重校准数学推导
5.6.2 非理想因素对数字校准精度的影响分析
5.6.3 行为级建模及仿真结果
5.7 本章小结
第六章 16 BIT1 MS/S SAR ADC的实现与测试
6.1 引言
6.2 系统架构介绍
6.3 版图规划
6.4 芯片测试
6.4.1 芯片照片和封装
6.4.2 静态性能
6.4.3 动态性能
6.4.4 其他指标
6.4.5 性能总结
6.5 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 总结
7.2 未来展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
本文编号：3452328
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3452328.html
