13位200MSPS流水線模數(shù)轉換器關鍵技術研究.pdf

1、高速、高精度模數(shù)轉換器(ADC)是現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中極為重要的模塊。無線通信技術不斷朝著高傳輸質量和寬帶傳輸?shù)姆较虬l(fā)展，對ADC提出了高速、高精度的性能要求。在眾多類型的ADC中，流水線(Pipelined)ADC可以在速度、精度、面積和功耗等性能上進行較好的折中，因此被廣泛應用于高速的無線數(shù)字通信、高清視頻信號處理和電子對抗等電子系統(tǒng)中。
　　論文首先闡述了傳統(tǒng)流水線ADC的工作原理，分析了ADC中的誤差來源和非理想因素，并推導

2、出ADC中各個模塊的設計指標。然后，介紹了無采樣保持電路(SHA-less)方案，該技術通過省去前級的采樣保持(S/H)電路來降低系統(tǒng)噪聲和功耗，同時也說明其可能帶來的非理想因素；接著，通過推導證明首級流水線采用多位結構可以降低ADC對電容匹配精度的要求，然后引入量程縮減(range-scaling)技術，介紹了這種技術的優(yōu)缺點，通過采用較小的電容來實現(xiàn)較低的系統(tǒng)功耗，并提高ADC線性度。
　　綜合各種因素后，討論了系統(tǒng)的功耗建模

3、，對ADC系統(tǒng)功耗進行優(yōu)化，并確定流水線ADC采用6級電路結構實現(xiàn)：第一級采用3.5位流水線級，中間四級為傳統(tǒng)2.5位流水線級，最后一級為2位快閃式ADC。最后討論了ADC中關鍵模塊的設計，包括增益數(shù)模單元(MDAC)和子模數(shù)轉換器(Sub-ADC)，分析運算放大器和比較器對整體ADC性能的影響，并確定其設計指標，然后詳細闡述第一級流水線級電路設計和實現(xiàn)，完成一款高性能運放和低失調動態(tài)比較器的設計和仿真驗證。
　　本論文基于SMI

4、C65nm CMOS工藝設計了一款13位200 MS/s流水線ADC，電源電壓為2.5V。仿真表明，當采樣時鐘頻率為200MHz，輸入信號為峰峰值0.8V，頻率19.3MHz的差分正弦信號時，第一級電路具有93.2dB的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)，14.52位的有效位數(shù)(ENOB)；當輸入頻率為80MHz時，第一級則具有90.5dB的SFDR，有效位數(shù)達到14.32位。對于流水線ADC整體進行仿真，采用相同的輸入信號，僅頻率改為25MH