基于Dither+DEM校準(zhǔn)技術(shù)的14比特150兆采樣-秒流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，以及人們對通信需求的日益增長，無線通信在全球范圍內(nèi)得到前所未有的發(fā)展。隨著寬帶射頻技術(shù)和IP技術(shù)的成熟商用，第四代基站漸成業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，并表現(xiàn)出“多制式融合、高集成度、全I(xiàn)P、多載波、綠色環(huán)?！钡劝l(fā)展方向。這種多標(biāo)準(zhǔn)兼容、智能化發(fā)展的技術(shù)就是軟件無線電。它要求將基站接收機(jī)端的模擬和數(shù)字信號(hào)處理模塊推向天線端。實(shí)現(xiàn)這種高性能的基站對應(yīng)用于其中的模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)之間的接口-模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to

2、-Digital Converter，ADC)提出了更高的要求：具有足夠的信號(hào)帶寬以覆蓋其全部工作頻帶，具有足夠大的動(dòng)態(tài)范圍以防止鄰道信號(hào)阻塞，以及足夠的信號(hào)噪聲比，以簡化日益復(fù)雜的基站結(jié)構(gòu)。
　　對于該系統(tǒng)所覆蓋的分辨率和采樣率范圍，基于開關(guān)電容電路的流水線結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器是最佳選擇。但由工藝偏差問題導(dǎo)致的電容失配、運(yùn)放增益的有限性等非理想因素直接影響到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能。為達(dá)到高性能，經(jīng)常會(huì)采樣校準(zhǔn)算法來提高精度。數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)由于

3、能隨著工藝尺縮小、靈活性好、集成度高，且不中斷正常的轉(zhuǎn)換過程，已成為目前主流的校準(zhǔn)技術(shù)。
　　本文著重設(shè)計(jì)了一種基于Dither+DEM(Dynamic Elements Match)校準(zhǔn)技術(shù)的1.8伏14比特150兆采樣/秒的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器。文章首先簡要介紹了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用環(huán)境及發(fā)展現(xiàn)狀；之后從系統(tǒng)角度，討論了高速高精度流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本架構(gòu)，分析了各種電路非理想因素，提出了課題研究的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)指標(biāo)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4、選?。唤又鴱碾娐穼?shí)現(xiàn)的角度，詳細(xì)闡述了關(guān)鍵模塊電路的分析和設(shè)計(jì)，包括采樣/保持電路、流水線級和參考電壓源驅(qū)動(dòng)器等；然后結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提出適用于多比特流水線級的數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)技術(shù)；本文最后，介紹了版圖設(shè)計(jì)，測試方法及測試結(jié)果。
　　本課題所研究的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用SMIC的0.18μm單層多晶六層金屬的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，芯片核心面積為7.48mm2，采樣速率為150MHz，在1.8伏電源電壓下核心功耗為350mW(不包括數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)

5、緩沖器)。測試結(jié)果顯示，在靜態(tài)性能方面，經(jīng)過校準(zhǔn)，差分非線性(differential nonlinearity，DNL)達(dá)到+0.29/-0.28LSB，積分非線性(integral nonlinearity，INL)達(dá)到+1.31/-1.13LSB；對于15.5MHz的輸入信號(hào)，經(jīng)過校準(zhǔn)，無雜散動(dòng)態(tài)范圍(spurious free dynamic range，SFDR)和信噪失真比(signal to noiseand distor