X射线探测器读出电路中SAR ADC的研究与设计
发布时间：2022-12-04 18:50
X射线是由德国物理学家W.K.伦琴在1985年发现的一种波长极短、能量很大、具有很强穿透性的电磁波。依据上面的这些特性,X射线探测器在医疗、工业勘测、航天探索等领域得到了广泛的应用。X射线探测器一般由前端的探测电路、信号读出电路、以及后续的数字处理系统构成。对于前端列级读出电路,需要将检测到的微弱信号进行放大、降噪、进行模数转换然后输出。模数转换器（ADC）作为模拟信号与数字信号的桥梁,在其中起到了关键性的作用。对于列级的读出电路,为了降低不同像素单元之间的非均匀性,需要将每列的像素单元共用一个ADC进行数据转换。因此,要求ADC在低功耗、小面积的基础上,兼具一定的速度。与其它类型的ADC作比较,逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）本身不需要较为复杂的线性增益模块,除了一个比较器以外,大部分都由数字电路构成,本身就具有低功耗、面积小的特点。另外,得益于现代CMOS工艺的尺寸逐渐降低,以及各种应用于SAR ADC高速技术的提出,SAR ADC在速度方面也获得了有效的提高,摆脱了一直以来的低速标签。本文在详细的介绍了SAR ADC基本原理的基础上,重点分析了电容式数模转换器（C-DAC）...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 读出电路中SAR ADC的发展
1.3 论文结构
第2章 ADC基本原理、结构及指标
2.1 ADC基本原理
2.2 ADC系统架构
2.2.1 全并行(Flash) ADC
2.2.2 逐次逼近ADC
2.2.3 流水线ADC
2.2.4 过采样ADC
2.3 ADC性能参数
2.3.1 静态参数
2.3.2 动态参数
2.4 本章总结
第3章 SAR ADC各单元理论基础与分析
3.1 逐次逼近基本原理
3.2 采样保持电路
3.2.1 MOS开关
3.2.2 自举(Bootstrap)开关
3.2.3 非理想因素
3.2.4 底板采样与顶板采样
3.3 DAC电容阵列
3.3.1 常用C-DAC结构
3.3.2 单位电容值的选取
3.3.3 寄生电容分析
3.3.4 开关切换策略
3.4 比较器
3.4.1 比较器基础知识
3.4.2 预放大锁存比较器
3.5 SAR逻辑电路
3.5.1 同步SAR逻辑
3.5.2 异步SAR逻辑
3.6 本章总结
第4章 二进制校正技术的原理与分析
4.1 二进制校正技术的基本原理
4.2 12bit冗余位选择分析与纠错电路
4.2.1 冗余位的选择与分析
4.2.2 数字纠错算法
4.3 本章总结
第5章 一种12bit16MS/s的 SAR ADC实现
5.1 设计指标
5.2 系统级设计考虑
5.3 采样开关电路
5.3.1 预充电自举开关
5.3.2 仿真结果
5.4 C-DAC电容阵列
5.5 高速比较器
5.5.1 比较器结构与原理分析
5.5.2 比较器性能仿真
5.6 异步SAR逻辑
5.6.1 异步SAR逻辑结构与原理
5.6.2 可调延时单元
5.6.3 TSPC储存单元
5.6.4 异步SAR逻辑仿真结果
5.7 数字纠错电路
5.8 版图设计与系统仿真结果
5.8.1 版图布局
5.8.2 关键模块版图设计
5.8.3 SAR ADC仿真
5.9 本章总结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在校期间发表的学术论文及研究成果
【参考文献】：
博士论文
[1]高精度逐次逼近型ADC及其校准技术研究[D]. 曹超.西安电子科技大学 2017
[2]髙速低功耗逐次逼近式ADC研究与实现[D]. 卢宇潇.上海交通大学 2014
[3]用于无线传感网络的逐次逼近型模数转换器研究与实现[D]. 吕伟.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]CMOS图像传感器中列级全差分SAR/SS ADC的研究[D]. 刘尕.西安理工大学 2019
[2]16位1MS/s CMOS SAR A/D转换器设计及校准技术[D]. 宋孝立.西安电子科技大学 2014
[3]基于终端电容复用开关策略的11位逐次逼近型ADC的研究与设计[D]. 秦琳.浙江大学 2012
本文编号：3708803
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 读出电路中SAR ADC的发展
1.3 论文结构
第2章 ADC基本原理、结构及指标
2.1 ADC基本原理
2.2 ADC系统架构
2.2.1 全并行(Flash) ADC
2.2.2 逐次逼近ADC
2.2.3 流水线ADC
2.2.4 过采样ADC
2.3 ADC性能参数
2.3.1 静态参数
2.3.2 动态参数
2.4 本章总结
第3章 SAR ADC各单元理论基础与分析
3.1 逐次逼近基本原理
3.2 采样保持电路
3.2.1 MOS开关
3.2.2 自举(Bootstrap)开关
3.2.3 非理想因素
3.2.4 底板采样与顶板采样
3.3 DAC电容阵列
3.3.1 常用C-DAC结构
3.3.2 单位电容值的选取
3.3.3 寄生电容分析
3.3.4 开关切换策略
3.4 比较器
3.4.1 比较器基础知识
3.4.2 预放大锁存比较器
3.5 SAR逻辑电路
3.5.1 同步SAR逻辑
3.5.2 异步SAR逻辑
3.6 本章总结
第4章 二进制校正技术的原理与分析
4.1 二进制校正技术的基本原理
4.2 12bit冗余位选择分析与纠错电路
4.2.1 冗余位的选择与分析
4.2.2 数字纠错算法
4.3 本章总结
第5章 一种12bit16MS/s的 SAR ADC实现
5.1 设计指标
5.2 系统级设计考虑
5.3 采样开关电路
5.3.1 预充电自举开关
5.3.2 仿真结果
5.4 C-DAC电容阵列
5.5 高速比较器
5.5.1 比较器结构与原理分析
5.5.2 比较器性能仿真
5.6 异步SAR逻辑
5.6.1 异步SAR逻辑结构与原理
5.6.2 可调延时单元
5.6.3 TSPC储存单元
5.6.4 异步SAR逻辑仿真结果
5.7 数字纠错电路
5.8 版图设计与系统仿真结果
5.8.1 版图布局
5.8.2 关键模块版图设计
5.8.3 SAR ADC仿真
5.9 本章总结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在校期间发表的学术论文及研究成果
【参考文献】：
博士论文
[1]高精度逐次逼近型ADC及其校准技术研究[D]. 曹超.西安电子科技大学 2017
[2]髙速低功耗逐次逼近式ADC研究与实现[D]. 卢宇潇.上海交通大学 2014
[3]用于无线传感网络的逐次逼近型模数转换器研究与实现[D]. 吕伟.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]CMOS图像传感器中列级全差分SAR/SS ADC的研究[D]. 刘尕.西安理工大学 2019
[2]16位1MS/s CMOS SAR A/D转换器设计及校准技术[D]. 宋孝立.西安电子科技大学 2014
[3]基于终端电容复用开关策略的11位逐次逼近型ADC的研究与设计[D]. 秦琳.浙江大学 2012
本文编号：3708803
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