超高速折疊內插模數(shù)轉換器Simulink行為級建模.pdf

1、模數(shù)轉換器（ADC)是溝通模擬信號和數(shù)字信號的橋梁，大量應用在通信、雷達、數(shù)字測量、醫(yī)療影像和無線基站接收系統(tǒng)中。折疊內插ADC具有速度快、面積小、易于兼容數(shù)字工藝等優(yōu)勢，為超高速、中等分辨率的應用提供了最佳的電路設計方案。因此，本論文主要針對折疊內插ADC中的采樣保持電路（THA)、折疊放大器、內插電路、比較器和編碼器，運用Simulink軟件分別建立了行為級模型，對電路的性能指標進行折衷設計。
　　采樣保持電路模塊作為ADC的

2、最前端模塊，由采樣開關和保持電容引入的非理想因素將不可逆地影響整個模數(shù)轉換器的性能指標。在THA的行為級建模過程中，考慮了電荷注入效應、保持電容放電、輸入饋通、開關熱噪聲、轉換速率、孔徑時間和失調電壓等非理想效應，并且結合上述非理想因素的特點、數(shù)學模型以及輸入輸出特性，構建了一個完整的ADC中前端THA模塊的Simulink模型。行為級時域仿真初步表明該模型能夠實現(xiàn)采樣-保持的基本功能，運用2048個點的FFT分析得到了 THA電路的頻

3、譜圖以及性能指標，并對THA中的非理想因素對采保電路性能的影響進行了仿真分析，指導了電路級設計。最后，通過與電路級仿真測試結果的對比，驗證了采樣保持電路行為級模型的精確性和有效性。
　　之后，對折疊內插ADC中折疊放大器、內插電路、過零比較器以及編碼器分別建立了行為級S im u lin k模型，并針對折疊放大器中輸入失調、非線性增益、增益失配和限制性帶寬等非理想因素，以及內插增益誤差、比較器失調進行了建模，對模數(shù)轉換電路的性能指

4、標進行了折衷設計。根據(jù)行為級模型的仿真結果，對電路中的非理想效應進行了分析討論，確定了設計指標要求下，電路級設計的電路參數(shù)，指導并改進了 ADC的電路設計。行為級仿真結果表明，6位折疊內插ADC在3Gsps采樣速率下，有效位數(shù)（ENOB)達到了5.64 bit，微分非線性（DNL)和積分非線性誤差（INL)分別為0.2 LSB和0.41 LSB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR)為45.42 dB，信噪失真比（SNDR)達到了35.74 dB。

5、最后，采用1 pm GaAs HBT工藝對折疊內插ADC進行了流片和測試，樣片測試結果表明，該ADC的芯片面積為4.32mm x3.66mm，ENOB為5.53 bit，DNL和 INL分別為0.36 LSB和0.48 LSB， SFDR為40.92 dB，在6 V單電源電壓供電下，ADC芯片所消耗的功耗為5.43 W。通過將折疊內插ADC的行為級仿真結果與樣片測試結果進行對比，可以看到行為級仿真結果與樣片測試結果基本一致，從而驗證了所