納米級工藝下低壓低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計.pdf

1、工藝的不斷演進(jìn)使得單晶片上的集成度越來越高。由于MOS晶體管的尺寸減小和隨之帶來的電源電壓的降低，數(shù)字電路的面積和功耗都能有效地減小。短溝道的MOS晶體管雖然擁有更快的速度，但是帶來了本征增益的降低，模擬電路在納米級工藝下的設(shè)計顯得更加困難。由于逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC）一般不需要線性增益模塊，使得SAR ADC結(jié)構(gòu)比較適應(yīng)現(xiàn)代工藝的演進(jìn)路線。目前，除了傳統(tǒng)的中高精度、低速的單一應(yīng)用，一些高速、高精度和超低功耗的SAR AD

2、C設(shè)計在近些年不斷地涌現(xiàn)。在一些諸如無線傳感器、生物醫(yī)學(xué)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集等超低功耗的應(yīng)用中，SAR ADC由于能夠較好地適應(yīng)電源電壓降低和晶體管尺寸縮小等優(yōu)點(diǎn)而獲得較為廣泛的使用。
　　本文主要研究無線傳感器和生物醫(yī)學(xué)等超低功耗的應(yīng)用中，特別是能夠量化不同的動態(tài)范圍和不同的帶寬的輸入信號的SAR ADC。電路若工作在低速時鐘下，晶體管的靜態(tài)泄露電流會變得較為顯著，在低電壓和先進(jìn)工藝下，此問題更加嚴(yán)重。針對以上應(yīng)用需求和已知的一些電路

3、設(shè)計難點(diǎn)，本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種工作在0.5V電源電壓下，精度可調(diào)（10位/8位/6位），采樣率可達(dá)100KS/s的超低功耗SAR ADC。通過建立較精確的行為級模型研究了一種采用新型開關(guān)控制方法和使用分段式DAC的SAR ADC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并詳細(xì)分析了諸如寄生電容、電容失配等非理想因素對SAR ADC整體性能的影響。最后通過對本次設(shè)計的芯片進(jìn)行測試，驗(yàn)證了本設(shè)計的有效性。測試結(jié)果顯示本設(shè)計的超低電壓超低功耗的SAR ADC的品質(zhì)因子最低可