面向工業(yè)控制的SOC內嵌ADC IP的設計.pdf

1、片上系統(tǒng)(SOC)需要在單個硅片上實現數模混合集成。與數字系統(tǒng)工藝兼容、功耗面積等指標優(yōu)化的高性能模數轉換器(ADC)是SOC中重要的單元。因此,基于標準CMOS工藝,折衷優(yōu)化分辨率、功耗和面積等指標,同時適宜于SOC的應用,是ADC的重要研究方向之一。 本文針對工業(yè)控制的應用背景,在分析幾種常用ADC結構的基礎上,用逐次逼近結構設計并實現了一個分辨率為10比特(有效精度為8.5比特),采樣速率為2MHz的模數轉換器。詳細分析了

2、逐次逼近型模數轉換器中的各種非理想因素,根據系統(tǒng)要求確定了各個單元電路所采用的結構,采用了經典的“放大器+鎖存器”的比較器結構以及電阻分壓和電容電量分配式數模轉換電路(DAC),消除了對單獨的采樣保持電路的需求。論文還針對比較器的失調電壓和DAC電路中的電容失配確定了電路結構簡單的自校準方案,通過增加單獨的校準周期,校準電路可以與ADC并行工作,校準后的精度達到14比特。設計的ADC參加了SMIC O.18μm,1P6M工藝的流片。測試

3、結果表明,在1.8V的電源電壓下,設計的ADC達到了-0.9/+0.8LSB的微分非線性(DNL)和-1.1/+1.3LSB的積分非線性(INL),當采樣率為2MHz,輸入信號頻率分別為36.7KMz和73.2KMz時,信噪比(SNR)分別為53.11dB和53.90dB,無雜散動態(tài)范圍(SFDR)分別為65.83dB和62.39dB,總諧波失真(THD)分別為-64.54dB以及-69.78dB。整個ADC的功耗為3.557mW,面積