时域稀疏信号的低功耗模拟—数字转换技术研究
发布时间：2022-08-06 16:58
传感器在现代社会中无处不在。在传感器网络中,各种传感装置的使用产生了大量的数据,都需要以高效率的方式捕获、处理、储存和交流。在农业信息监测、智能手环等应用环境中,以容量有限的电池或太阳能电池板供电的传感器系统对于功耗有严格的要求,低功耗是能保证设备续航和有效工作的前提。在信号采集系统中,几乎所有的信号采集协议都是由奈奎斯特定理决定的。但对于通常为时域稀疏信号的传感器输入信号而言,其核心电路奈奎斯特率ADC（Analog-to-Digital Converter）的采样速率远比待采集信号的信息速率高,这使得常规奈奎斯特率ADC的功耗效率受限。针对此种应用需求,本文针对适于时域稀疏信号的低功耗模拟-数字转换技术开展了深入研究。本文针对时域稀疏信号的模拟-数字转换技术,选定以SAR ADC（SuccessiveApproximation-Register ADC）为核心ADC架构,深入研究了SAR ADC的低功耗关键技术,主要包括:SAR ADC架构和原理在低功耗指标方面与输入信号特征的相关性;与输入信号相关的低功耗SAR ADC的功耗模型;SAR ADC核心模块的低功耗电路设计技术;压缩感...
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 逐次逼近型ADC研究现状
1.3 本文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 SARADC低功耗理论基础
2.1 ADC主要性能参数
2.1.1 DNL和INL
2.1.2 失调误差和增益误差
2.1.3 无杂散动态范围和总谐波失真
2.1.4 信噪比、信噪失真比和有效位数
2.1.5 功耗优值
2.2 ADC转换速率与输入信号带宽
2.3 SARADC基本原理和主要电路单元
2.3.1 SARADC基本原理
2.3.2 SARADC主要电路模块
2.3.3 SARADC功耗分析
2.4 ADC输入信号特征与ADC功耗分析
2.5 SARADC有效功耗
2.6 本章小结
第三章 SARADC低功耗技术研究
3.1 SARADC功耗建模
3.1.1 SARADC平均功率定义
3.1.2 SARADC功耗建模
3.2 低压设计技术
3.2.1 低压低漏电数字电路
3.2.2 低压低功耗比较器设计技术
3.3 压缩感知采样
3.3.1 压缩感知采样的背景
3.3.2 压缩感知采样原理
3.3.3 压缩感知SARADC
3.4 功耗调制型逐次逼近算法
3.4.1 功耗调制型逐次逼近算法
3.4.2 Power-ShapingSARADC功耗建模
3.5 本章小结
第四章 功耗调制SARADC设计与验证
4.1 Power-ShapingSARADC架构与时序设计
4.1.1 Power-ShapingSARADC设计指标
4.1.2 ADC架构设计
4.2 电路单元设计
4.2.1 采样开关与混频器
4.2.2 DAC设计
4.2.3 比较器设计
4.2.4 逻辑电路设计
4.3 电路仿真与版图
4.3.1 电路前仿真结果
4.3.2 版图设计和后仿真结果
4.4 测试结果
4.4.1 测试方案
4.4.2 测试结果和结果分析
4.5 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于冗余抑制技术的低功耗组合电路设计[J]. 吴训威,卢仰坚,M Pedram. 电子学报. 2002(05)
博士论文
[1]低功耗电荷重分配式CMOS逐次逼近型模数转换器研究[D]. 王浩.西安电子科技大学 2016
[2]一种极低功耗模拟IC设计技术及其在高性能音频模数转换器中的应用研究[D]. 罗豪.浙江大学 2012
[3]基于凸优化的参数化稀疏估计理论及其应用[D]. 刘翼鹏.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]用于植入式医疗设备的超低功耗SAR ADC设计[D]. 汪正锋.电子科技大学 2015
本文编号：3670021
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 逐次逼近型ADC研究现状
1.3 本文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 SARADC低功耗理论基础
2.1 ADC主要性能参数
2.1.1 DNL和INL
2.1.2 失调误差和增益误差
2.1.3 无杂散动态范围和总谐波失真
2.1.4 信噪比、信噪失真比和有效位数
2.1.5 功耗优值
2.2 ADC转换速率与输入信号带宽
2.3 SARADC基本原理和主要电路单元
2.3.1 SARADC基本原理
2.3.2 SARADC主要电路模块
2.3.3 SARADC功耗分析
2.4 ADC输入信号特征与ADC功耗分析
2.5 SARADC有效功耗
2.6 本章小结
第三章 SARADC低功耗技术研究
3.1 SARADC功耗建模
3.1.1 SARADC平均功率定义
3.1.2 SARADC功耗建模
3.2 低压设计技术
3.2.1 低压低漏电数字电路
3.2.2 低压低功耗比较器设计技术
3.3 压缩感知采样
3.3.1 压缩感知采样的背景
3.3.2 压缩感知采样原理
3.3.3 压缩感知SARADC
3.4 功耗调制型逐次逼近算法
3.4.1 功耗调制型逐次逼近算法
3.4.2 Power-ShapingSARADC功耗建模
3.5 本章小结
第四章 功耗调制SARADC设计与验证
4.1 Power-ShapingSARADC架构与时序设计
4.1.1 Power-ShapingSARADC设计指标
4.1.2 ADC架构设计
4.2 电路单元设计
4.2.1 采样开关与混频器
4.2.2 DAC设计
4.2.3 比较器设计
4.2.4 逻辑电路设计
4.3 电路仿真与版图
4.3.1 电路前仿真结果
4.3.2 版图设计和后仿真结果
4.4 测试结果
4.4.1 测试方案
4.4.2 测试结果和结果分析
4.5 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于冗余抑制技术的低功耗组合电路设计[J]. 吴训威,卢仰坚,M Pedram. 电子学报. 2002(05)
博士论文
[1]低功耗电荷重分配式CMOS逐次逼近型模数转换器研究[D]. 王浩.西安电子科技大学 2016
[2]一种极低功耗模拟IC设计技术及其在高性能音频模数转换器中的应用研究[D]. 罗豪.浙江大学 2012
[3]基于凸优化的参数化稀疏估计理论及其应用[D]. 刘翼鹏.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]用于植入式医疗设备的超低功耗SAR ADC设计[D]. 汪正锋.电子科技大学 2015
本文编号：3670021
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3670021.html
