基于均衡化算法的12bit高速低功耗Pipeline ADC研究

发布时间：2017-09-24 20:32

  本文关键词：基于均衡化算法的12bit高速低功耗Pipeline ADC研究

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【摘要】：随着现代社会各领域对高速、高精度模拟数字转换器的需求越来越紧迫,设计一款高精度和高速度的ADC显得越来越重要。而因为国内的工艺基础平台不够完善和电路设计能力的积累较少,在高速、高精度模拟数字转换器的设计和产品实现中还存在很多难点,导致国内自主的高速高精度ADC的产品几乎仍处于一片空白。本论文基于均衡化校正算法设计了12位1GS/s的低功耗Pipeline ADC。论文首先对均衡化校正算法建模,分析了均衡化算法的校正原理和实现方式,并对均衡化算法中的一些非理想因素进行建模分析。从而确定了基于均衡化算法的12位Pipeline ADC的分段结构,为2.5+2.5+2.5+6的结构。前三级为2.5位的MDAC,最后一级为6位的FLASH ADC。然后,对确定架构的Pipeline ADC的各个模块进行建模分析,并完成主要电路模块设计和仿真。在基于均衡化算法的12位1GS/s的低功耗Pipeline ADC的设计研究和分析后,采样保持电路采用了闭环的运放结构。MDAC也是采用闭环运放的结构,并在其中增加了栅压自举开关以提高12位1GS/s的低功耗Pipeline ADC的线性度。同时还用Verilog A代码编写了基于均衡化校正算法的12位Pipeline ADC的一些辅助功能模块的编写。考虑到实际MDAC中的各种非理想因素会使得运放的输出端出现固定的差分失调,并且MDAC的不同分段区间的k值和常数项都不一样。因此均衡化的校正算法在Pipeline ADC的实际电路应用中要进行验证和改进。相应的均衡化算法会有对应的修改,比原来理想代码验证的算法要稍微复杂些,但主要的核心原理和算法没有太大改变。用MATLAB代码完成了均衡化算法的数字电路的模拟,验证了基于均衡化算法的12位1GS/s的实际Pipeline ADC的验证和研究。最后基于CMOS 40nm的工艺下,Pipelline ADC的实际电路的均衡化校正算法的验证结果表明,该均衡化算法能实现单通道12位1GS/s的低功耗的Pipeline ADC的设计。在采样频率为1GS/s的超高频率下,输入信号的频率为165.7MHz,Pipeline ADC的无杂散动态范围(SFDR)为78.4dB,信号噪声失真比(SNDR)为64.9 dB,有效位数为10.5位。电源电压为2.5V,功耗为350mW。
【关键词】：流水线ADC 均衡化校正算法 高速高精度 低功耗 CMOS 40nm
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN792
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外的研究现状11-13
• 1.3 本文的主要研究内容及论文结构13-14
• 第二章 ADC的基本结构、工作原理和参数指标14-23
• 2.1 常用的各种ADC的结构介绍14-19
• 2.1.1 并行式ADC14-15
• 2.1.2 折叠内插式ADC15-16
• 2.1.3 逐次逼近ADC16-17
• 2.1.4 Δ Σ 过采样ADC17-18
• 2.1.5 Pipeline ADC18-19
• 2.2 模数转换器的主要性能参数19-23
• 2.2.1 静态性能19-21
• 2.2.2 动态性能21-23
• 第三章 均衡化算法的建模23-42
• 3.1 均衡化校正方法的原理23-37
• 3.1.1 均衡化校正算法的原理23-30
• 3.1.2 均衡化校正算法的建模30-37
• 3.2 影响均衡化校正算法的各种非理想因素37-42
• 3.2.1 时钟jitter的影响37-38
• 3.2.2 运放有限带宽的影响38
• 3.2.3 运放进入大信号区的影响38-40
• 3.2.4 比较器时延的影响40-42
• 第四章 主要模块的电路实现和均衡化算法的验证42-60
• 4.1 Pipeline ADC的各个模块的参数指标推导42-52
• 4.1.1 各个噪声参数的推到和电容大小的确立42-48
• 4.1.2 MDAC内部运放增益带宽的确立48-50
• 4.1.3 采样保持电路的指标确立50-52
• 4.2 关键单元电路的设计52-57
• 4.2.1 MDAC电路的设计52-57
• 4.2.2 采样保持电路设计57
• 4.3 均衡化算法在实际电路应用的验证57-60
• 4.3.1 均衡化算法验证过程中的一些辅助模块设计57-58
• 4.3.2 均衡化算法的实际电路验证58-60
• 第五章 电路的仿真结果和均衡化算法的验证结果60-66
• 5.1 各个电路模块的仿真结果60-62
• 5.1.1 运放的仿真结果60-61
• 5.1.2 栅压自举开关的仿真结果61-62
• 5.2 Pipeline ADC均衡化算法的验证结果和分析62-63
• 5.3 Pipeline ADC的功耗分析63-66
• 第六章 结论66-68
• 6.1 本文的主要工作和贡献66
• 6.2 后续工作展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间取得的成果72-73

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李靖;超高速时间交织模数转换器的研究与设计[D];电子科技大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 夏晓;自适应滤波器中LMS算法的研究及应用[D];北京邮电大学;2013年

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本文编号：913328