16通道12位R-C結(jié)構(gòu)SAR ADC的研究與設(shè)計.pdf

1、伴隨著多媒體市場以及電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)進步迅猛。但是自然界中的很多信號，比如溫度、壓力、聲音、速度等物理量都是模擬信號，所以我們就需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(Analog-to-Digital Converter)實現(xiàn)數(shù)字和模擬信號的轉(zhuǎn)換。MCU就是我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫膯纹瑱C(微控制單元Microcontroller Unit)。它集成了內(nèi)處理器(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、計數(shù)器、以及I/O端口為一體的一塊集成

2、芯片。
　　逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC）是中速中精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一般應(yīng)用在8～16位，5MS/s以下的領(lǐng)域里。在目前的CMOS工藝下，SAR ADC可以實現(xiàn)較小的芯片面積和較低的芯片功耗，所以在速度、精度、成本以及功耗等各個方面具有綜合的優(yōu)勢，特別適合應(yīng)用于MCU的ADC接口。
　　為了提高MCU的利用率，作為接口的ADC需要在盡量小的芯片面積下處理盡可能多的環(huán)境信號，因此本文設(shè)計了一個16通道的SARADC，主要

3、分成DAC模塊，比較器模塊，SAR邏輯模塊。根據(jù)應(yīng)用指標(biāo)的需要，確定了DAC采用R-C結(jié)構(gòu)，選擇高五位用溫度計編碼的電容陣列，低七位用R-2R電阻梯形結(jié)構(gòu)。采用此種結(jié)構(gòu)，不僅可以省略采樣電路從而減少芯片面積，也可以簡化了電路的設(shè)計復(fù)雜度。同時在時序控制上，通過非交疊控制信號和部分延時采樣技術(shù)避免了短路回路和電荷注入現(xiàn)象。而對于比較器模塊而言，本文提出了一種有三級預(yù)防大電路加鎖存比較器的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以盡可能地發(fā)揮運算放大器和鎖存器的特

4、點，加快比較的速度。同時在設(shè)計的過程中，考慮了輸出失調(diào)電壓的消除技術(shù)。
　　本文采用GSMC130 nm E-flash工藝來實現(xiàn)12位1 Msample/s的SAR ADC，模擬電源3.3 V供電，數(shù)字電源1.5V供電。版圖設(shè)計之后，面積為626*558μm2。通過實際測試驗證，功耗為2 mW.在單端模式下，有70個失碼，DNL=+4.1/-1 LSB，INL=+13/-2.5 LSB，SNR=64.49 dB，SNDR=55.