10位10MHz自校准SAR ADC设计

发布时间：2017-09-11 22:07

  本文关键词：10位10MHz自校准SAR ADC设计

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【摘要】：逐次逼近型模数转换器(SARADC)具有面积小,功耗低的优点,同时具备中等分辨率和中等转换速率的特性,所以被广泛采用。随着CMOS器件特征尺寸不断缩小以及数据处理系统的低功耗小面积的发展需求,SARADC已经在中等转换速率的应用领域呈现出取代pipeline ADC的趋势。由于器件失配和寄生引起的误差,以及生产过程中的工艺偏差等非理想因素的存在,SARADC校准的研究具有重要的研究意义。本文设计一种10位10MHz自校准SARADC,主要的设计如下：1)采用单调开关和上极板采样的栅压自举开关结构来提高采样速率,降低开关的功耗开销；2)采用分段DAC电容结构,桥式电容值是单位电容值的整数倍,同时增加两个寄生补偿电容增强低位电容阵列与高位电容阵列之间的匹配,采用寄生补偿电容校准电容阵列的非线性误差,从而提高电容的匹配；降低芯片的面积和功耗的同时,提高SARADC的精度；3)比较器采用动态全差分比较器可以减小回馈噪声,从而提高SARADC的性能；4)模拟部分和数字部分均采用全定制版图设计,并对版图的寄生参数进行优化。基于SMIC 0.18 CMOS的工艺设计的10位10MHz自校准SARADC,在cadence平台上的后仿真结果为：供电电压为1.8V采样速度为10MS/S的情况下,SNDR为60.10dB,有效位达到9.8位以上,功耗为2.16mW。其中SARADC芯片面积为0.35*0.52mm2。校准后的有效位明显提高,芯片的面积和功耗也有明显下降,通过仿真验证了该优化方案。
【关键词】：SAR ADC 校准 分段电容阵列 SNDR
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN792
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 研究的背景与意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 第二章 SAR ADC基本概述12-24
• 2.1 SAR ADC的基本原理介绍12-13
• 2.2 SAR ADC的分类13-18
• 2.2.1 不同输入类型的SAR ADC13-15
• 2.2.2 采用不同内置DAC的SAR ADC15-18
• 2.3 SAR ADC性能指标18-23
• 2.3.1 SAR ADC静态特性参数19-21
• 2.3.2 SAR ADC动态特性参数21-23
• 本章小结23-24
• 第三章 逐次逼近型转换器中的非理想因素分析24-30
• 3.1 逐次逼近型ADC中的噪声24-25
• 3.1.1 热噪声24-25
• 3.1.2 闪烁噪声25
• 3.2 电荷注入和时钟馈通25-27
• 3.2.1 电荷注入26-27
• 3.2.2 时钟馈通27
• 3.3 电容失配与比较器失调27-29
• 3.3.1 电容失配27-28
• 3.3.2 比较器失调28-29
• 本章小结29-30
• 第四章 SAR ADC的校准30-39
• 4.1 SAR ADC的校准方法30-35
• 4.1.1 将模拟信号分路处理的校准方法30-31
• 4.1.2 差分电容选择失配技术31
• 4.1.3 基于位相关的PN注入型校准31-32
• 4.1.4 通过单位电容赋值算法来增强匹配32-33
• 4.1.5 添加校准模块的SAR-ADC校准方法33-34
• 4.1.6 自带寄生补偿电容校准DAC阵列34-35
• 4.2 本论文设计的SAR ADC自校准结构35-38
• 本章小结38-39
• 第五章 SAR ADC主体电路的设计39-57
• 5.1 采样-保持电路39-43
• 5.1.1 MOS开关的导通阻抗40-41
• 5.1.2 栅压自举开关41-43
• 5.2 内置DAC设计43-46
• 5.2.1 寄生电容44
• 5.2.2 电容失配44-45
• 5.2.3 DAC电容阵列布局45-46
• 5.3 比较器设计46-51
• 5.3.1 比较器工作原理47
• 5.3.2 比较器动态偏置47-48
• 5.3.3 比较器静态特性和传输延迟48-49
• 5.3.4 动态差分比较器49-51
• 5.4 全定制数字控制逻辑设计51-56
• 5.4.1 数字基本单元的设计51-53
• 5.4.2 DAC电容阵列的控制逻辑53-55
• 5.4.3 电容阵列控制开关逻辑55-56
• 本章小结56-57
• 第六章 版图布局设计和仿真57-64
• 6.1. 版图的整体布局57-59
• 6.2 芯片后仿真波形59-61
• 6.3 芯片的仿真结果分析61-63
• 本章小结63-64
• 第七章：章总结与展望64-65
• 参考文献65-69
• 申请学位期间的研究成果69-70
• 致谢70

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本文编号：833324