逐次逼近-流水線混合型模數轉換器研究.pdf

1、隨著CMOS工藝的不斷進步，數字信號處理技術得到了快速發(fā)展，越來越多的模擬電路被數字電路所替代。模數轉換器(ADC)作為連接模擬信號和數字信號的橋梁，其性能的高低直接決定了整個系統(tǒng)的性能。在便攜式電子應用領域，對ADC的性能要求不斷提高，傳統(tǒng)ADC結構已經不能完全滿足系統(tǒng)的要求，新結構的研究變得很有意義。逐次逼近-流水線混合型模數轉換器(pipelined SAR ADC)是一種結合流水線模數轉換器(pipeline ADC)和逐次逼近

2、模數轉換器(SAR ADC)的新型ADC結構，其在速度、功耗、線性度和面積上有更好的折衷，已經得到了廣泛地研究。增益數模單元(MDAC)是 pipelined SAR ADC的核心功能模塊，決定了pipelined SAR ADC的性能，對其結構的研究很有意義。
　　本文首先對pipelined SAR ADC的整體結構和原理進行了介紹，并對增益數模單元(MDAC)進行了重點研究。在分析傳統(tǒng)基于運算放大器的開關電容 MDAC的工作

3、原理的基礎上，提出了一種基于過零檢測器的開關電容 MDAC，以滿足pipelined SAR ADC的要求。與基于運算放大器的開關電容MDAC相比，基于過零檢測器的開關電容MDAC采用過零檢測器和電流源代替運算放大器實現(xiàn)電荷轉移，從而降低了功耗和設計復雜度。然后，論文分析了基于過零檢測器的pipelined SAR ADC的主要非理想因素，并提出了解決方案。在此基礎上，論文從線性度、功耗和速度方面對基于過零檢測器的pipelined S

4、AR ADC進行了分析，并通過matlb建模對其電路結構進行了優(yōu)化設計。最后，本文在SMIC0.18μm CMOS工藝下設計了一款10位50MS/s基于過零檢測器的逐次逼近-流水線混合型ADC。所設計的ADC采用“5+6”的兩級流水線結構，通過冗余位數字校正算法得到10位量化精度，并采用了多項技術來提高性能。其中，級間增益減半技術使得MDAC的增益和第二級流水線級的量化范圍減半，以降低功耗和電流源的設計難度。單向雙階段電荷轉移技術通過使

5、用大/小電流源和電平轉移電容，在保證電荷轉移速度的同時減小了電荷轉移結束時刻的電流大小，從而減小過零檢測器和電流源引入的過沖誤差和非線性誤差。虛擬共源共柵電流源結構提高了電流源的線性度和差分匹配度，且不會產生額外的功耗。逐次逼近動態(tài)控制邏輯技術通過使用動態(tài)邏輯單元代替?zhèn)鹘y(tǒng)移位寄存器和觸發(fā)器，提高了速度并降低了功耗和電路面積。兩級全動態(tài)比較器結構提高了比較器的比較速度，并且不會產生靜態(tài)功耗。電路仿真結果表明，設計的pipelined SA