10位低功耗逐次逼近模数转换器的设计

发布时间：2021-11-24 11:52

　　鉴于现如今无线传感器网络,植入式生物医学设备,便携式检测仪等产业的飞速发展。基于这些对于低功耗模数转换器的需求,本文设计了一款10位全差分逐次逼近模数转换器（Full differential SAR ADC）。由数模转换器（DAC）、比较器、采样保持开关、数字控制逻辑等主要部分构成。DAC和数字控制逻辑部分,本文运用了“双电容开关切换策略（DCS）”,该策略在第二步转换中同时改变最高位和次高位的电平,使用更复杂的数字控制逻辑,运用电容阵列内部的充放电,相比其他策略多实现了一步零电压转换。降低了DAC的功耗和面积。相比传统的开关切换策略,节省了75%的DAC面积和99.3%的DAC功耗。由于平衡式分段结构降低面积的同时低位寄生电容会影响整体电路的线性度,本设计使用6高位3低位的结构,以同时保证面积和线性度。比较器使用了NMOS宽摆幅比较器,来降低该开关策略下,DAC输出共模电压的变化对比较器功能和精度的影响。本文采用了HHNEC CZ6H+1P4M 0.35μm工艺,工作电压为5V。电路仿真在100KS/s采样率下进行,所测得的模数转换器的信噪比为60.1dB,无杂散动态范围为71.5... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 模数转换器研究方向概述
        1.2.2 逐次逼近型模数转换器研究状况分析
        1.2.3 低功耗逐次逼近型模数转换器研究状况分析
        1.2.4 总结
    1.3 本文主要研究工作和内容
2 模数转换器理论概述
    2.1 模数转换器基本工作原理
    2.2 奈奎斯特模数转换器的主要结构
        2.2.1 全并行Flash模数转换器(直接搜索)
        2.2.2 逐次逼近型(SAR)模数转换器(二进制搜索法)
        2.2.3 流水线(Pipeline)模数转换器(流水线二进制搜索法)
        2.2.4 总结
3 SAR ADC开关策略综述
    3.1 传统开关切换策略策略
    3.2 单调式开关切换策略
    3.3 VCM-Based开关切换策略
    3.4 双电容开关(DCS)切换策略
        3.4.1 双电容开关策略的基本原理
        3.4.2 双电容开关策略的具体实现
4 SAR ADC的电路设计
    4.1 数模转换器电容阵列
    4.2 比较器
    4.3 数字逻辑电路
    4.4 采样保持电路
    4.5 SAR ADC整体电路
5 SAR ADC版图设计与关键参数仿真
    5.1 数模转换电容阵列的版图设计
    5.2 比较器的版图设计
    5.3 整体电路的仿真
        5.3.1 整体电路的功能仿真
        5.3.2 整体电路的动态仿真
结论
参考文献
附录A 数字逻辑代码
致谢


【参考文献】：
博士论文
[1]用于单片集成传感器的低功耗模数转换器研究与实现[D]. 李金凤.大连理工大学 2010

硕士论文
[1]10-bit高精度低功耗SAR ADC设计研究[D]. 梁秋璐.北京交通大学 2014
[2]低功耗逐次逼近型ADC的设计与实现[D]. 王飞.武汉理工大学 2013



本文编号：3515919