低功耗逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設計與研究.pdf

1、隨著半導體工藝的發(fā)展，逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的速度得到提高，同時逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以其高能量效率在高速和高精度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中替代流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲得越來越多的青睞。電容不匹配、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器建立的不完全是制約逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器線性度和速度最主要的因素。
　　基于CSMC0.18μm、1.8V電源電壓的CMOS混合信號工藝，本論文完成了一款基于雙輸入開關內(nèi)置運放的10-bit50Msample/s流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的

2、電路設計、版圖布局、仿真測試以及芯片測試等工作。該流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入信號設計指標為:輸入信號共模電平950mV，輸入信號范圍-900mV至900mV。芯片測試結(jié)果顯示，本論文設計的10-bit50Msample/s流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器有效位可以達到7.6-bit，無雜散動態(tài)范圍可以達到52.2dB，信噪比可以達到47.3dB。
　　本文還著重從理論分析到具體的電路設計這兩個方面研究了低功耗逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設計:(1

3、)為了降低電容陣列總電容，對merged capacitorswitching(MCS)算法做了改進，改進后的DAC最低位的單位電容的底極板電平需要根據(jù)前一位的量化結(jié)果進行切換，不再保持連接參考電平。相比較于傳統(tǒng)MCS算法，改進型MCS算法的功耗和電容值分別有50％和70％的減少。(2)為了更好地呈現(xiàn)改進型MCS算法的功耗優(yōu)勢，給出了采用改進型MCS算法的3-bit SARADC的開關功耗的詳細計算過程。(3)為了提高逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)

4、換器的采樣速率，對detect-and-skip(DAS)算法進行了優(yōu)化。改進型DAS算法中，粗量化逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器每量化完成一位，細量化逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相應位的電容底極板電平就立刻進行切換。(4)詳細分析了采樣開關噪聲和電容不匹配對電路的影響，并對單位電容的取值進行了詳細的分析和計算。相比較于基于傳統(tǒng)MCS算法構(gòu)建的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，基于改進型MCS算法和改進型DAS算法構(gòu)建的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器功耗和電容值分別