高速高精度流水線A-D轉(zhuǎn)換器設計研究.pdf

1、A/D轉(zhuǎn)換器，作為連接模擬世界與數(shù)字世界的紐帶，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中起著舉足輕重的作用。同其他類型的A/D轉(zhuǎn)換器相比，由于流水線A/D轉(zhuǎn)換器能在功耗、面積、速度和精度上實現(xiàn)較好的折中，它已成為實現(xiàn)高速高精度A/D轉(zhuǎn)換器的首選結(jié)構(gòu)。隨著電源電壓的降低、工藝尺寸的縮小，高增益的運算放大器的設計正變得愈發(fā)困難，而運放的增益在很大程度上直接決定了流水線A/D轉(zhuǎn)換器的性能。因此，當下高速高精度的流水線A/D轉(zhuǎn)換器的設計是一項嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　本文介

2、紹了流水線A/D轉(zhuǎn)換器的基本概念和工作過程，然后重點討論了流水線ADC中的前端采樣保持電路、MDAC電路和sub-ADC電路等關(guān)鍵模塊的工作原理，并分別對各模塊的誤差源進行了詳細分析，主要包括噪聲、開關(guān)誤差、建立誤差、電容失配和比較器的失調(diào)電壓。接著圍繞著流水線A/D轉(zhuǎn)換器的噪聲、功耗以及線性度這三個性能參數(shù)進行了分析與優(yōu)化：對于噪聲，推導出了MDAC電路中的開關(guān)熱噪聲和運放熱噪聲的等效輸入噪聲功率表達式，從推導出的表達式出發(fā)討論了如何

3、降低流水線A/D轉(zhuǎn)換器的輸入噪聲功率；針對功耗，從功耗優(yōu)化的角度出發(fā)提出了scaling down技術(shù)和比較器數(shù)目最優(yōu)算法；至于線性度，則重點討論了系統(tǒng)線性度和流水線首級精度的關(guān)系。最后采用SMIC0.35μm2P3M混合信號CMOS工藝，完成了一款13位40MSPS流水線A/D轉(zhuǎn)換器的研究設計。仿真結(jié)果表明，在3V的電源電壓下，電路功耗為142mW。當采樣頻率為40MHz，輸入信號為頻率9.9609375MHz，幅度1V的正弦信號時，