流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與研究.pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的接口電路,在現(xiàn)代信號處理系統(tǒng)中被廣泛使用。流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器由于其本身結(jié)構(gòu)而具有高速高精度的優(yōu)點,其功耗也較低,因此備受關(guān)注。 基于對1.5位/級的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作原理和結(jié)構(gòu)的研究,建立了模型并分析關(guān)鍵模塊對結(jié)果的影響,并設(shè)計了一款10位60兆赫茲的1.5位/級的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器和部分模塊的版圖。 本文工作主要包括下面四個部分： 1、從流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理著手,研

2、究了1.5位/級流水線ADC的原理和數(shù)字校正技術(shù)。采用Simulink工具分析了運算放大器和比較器的誤差對結(jié)果的影響。由于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)和性能的不同,電路設(shè)計中采用的技術(shù)也不同,也詳細研究了流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中采用的技術(shù)以及隨著工藝和設(shè)計水平的提高出現(xiàn)的新的設(shè)計技術(shù)。 2、基于SMIC 0.18/μm CMOS混合信號工藝,設(shè)計和仿真了10位60兆赫茲的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的電路。設(shè)計的模塊主要有：(1)帶隙基準源；(2)采樣

3、保持電路；(3)乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器；(4)運算放大器：(5)比較器；(6)自舉開關(guān)。對采樣保持電路和運算放大器進行了系統(tǒng)的分析,研究了乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器的噪聲特性和開關(guān)的導通電阻。同時設(shè)計了子模數(shù)轉(zhuǎn)換器、不交疊時鐘電路、延遲陣列和數(shù)字校正電路等模塊。帶隙基準源在TT工藝下溫度從-40°到125°變化時基準電壓變化1.2mv,在FF工藝下變化5.3mV。運算放大器的帶寬可達400兆赫茲,相位裕度為70°。數(shù)字校正電路中的模塊A+BC邏輯結(jié)構(gòu)與全加

4、器組成的校正邏輯相比具有結(jié)構(gòu)簡單和管子少的優(yōu)點。 3、進行了系統(tǒng)仿真,結(jié)果表明在輸入斜坡信號時,幾乎沒有丟碼；在輸入2兆赫茲正弦信號,采樣頻率為60兆赫茲時,轉(zhuǎn)換結(jié)果正確,分析結(jié)果表明無雜散動態(tài)范圍為60dB,靜態(tài)功耗約為200mW。 4、最后合作設(shè)計了部分電路的版圖,有帶隙基準源、自舉開關(guān)、不交疊時鐘電路和觸發(fā)器。在以上模塊的版圖設(shè)計中,需注意器件的匹配和寄生效應(yīng)。分析了MOS管、電容和電阻的布局和連接方式從而達到匹配