16位1MSPS逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計研究.pdf

1、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)相對流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(PipelineADC)和Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，面積小等優(yōu)勢，在低頻和中頻，中等精度場合倍受歡迎。高精度SAR ADC廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)療設(shè)備，比如CAT掃描儀，便攜式血液分析儀，神經(jīng)傳感等設(shè)備，工業(yè)成像和無線通信等領(lǐng)域。由于電容失配導致的非線性誤差成為限制SAR ADC精度的主要因素。標準工藝中，沒有校準和修調(diào)的SAR ADC能夠?qū)崿F(xiàn)的有效位

2、數(shù)一般在12bit以下，校準思想的誕生提升SAR ADC有效位數(shù)(ENOB)的空間。在工業(yè)界，高精度SAR ADC首先采用激光修條技術(shù)和特殊工藝來提高電容匹配精度，再利用校準技術(shù)校準電容失配帶來的誤差。和傳統(tǒng)模擬校準相比較，數(shù)字校準具有集成度高，面積小，收斂快等優(yōu)點。因此，數(shù)字校準技術(shù)成為現(xiàn)在主流的校準技術(shù)。
　　本文首先闡述了SAR ADC的基本原理。分析了ADC性能參數(shù)，詳細地介紹了拆分型ADC基本思想及其工作原理。然后，簡單

3、介紹各種冗余位校準算法工作過程，并推導出ADC權(quán)重可校準需要滿足的條件。為了減小DAC電容網(wǎng)絡(luò)失配帶來的諧波影響，本論文提出一種新思路—將DWA算法用于DAC網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)ADC輸出一階整形。接著，通過對傳統(tǒng)“split ADC”后臺校準算法原理分析，提出改進型雅克比迭代方法。這種迭代方法具有結(jié)構(gòu)簡單，占用硬件資源少，容易實現(xiàn)等優(yōu)點。由于引入DWA算法，校準算法能夠校準各種類型的信號，如直流信號，隨機信號，連續(xù)信號和非連續(xù)信號。對ADC整

4、體結(jié)構(gòu)和“split ADC”后臺校準算法進行行為級建模驗證，校準算法在600000次量化開始穩(wěn)定收斂，權(quán)重誤差在0.5LSB范圍之內(nèi)。系統(tǒng)的靜態(tài)特性明顯提高，校準前ADC的DNL和INL分別為1.5LSB，20LSB，校準后ADC的DNL和INL都在0.5LSB范圍之內(nèi)。隨后，論文詳細分析了采樣保持電路的工作原理，提出了一種新型底極板自舉采樣開關(guān)，設(shè)計一款radix2且?guī)в?位冗余算法和DWA算法的電容陣列。此外，論文介紹了比較器失調(diào)