低功耗12bit 50MS-s pipeline ADC中MDAC模塊的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著無線通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信設(shè)備、便攜式醫(yī)療設(shè)備、測(cè)試測(cè)量設(shè)備等應(yīng)用中的ADC，既要求高精度(≥10bit)、較高采樣率(≥50MHz)，又要求低功耗、較低復(fù)雜度。而流水線ADC因能實(shí)現(xiàn)精度、速度、功耗、復(fù)雜度之間的合理折中成為低功耗高性能ADC的最優(yōu)化選擇。MDAC的性能對(duì)流水線ADC的系統(tǒng)性能起決定性作用，是流水線ADC中核心電路模塊。
　　本論文設(shè)計(jì)了應(yīng)用于低功耗系統(tǒng)中的12bit50MS/s流水線A

2、DC中MDAC模塊。詳細(xì)分析了流水線ADC的各子單元，并對(duì)流水線ADC中MDAC模塊進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)。分析并建立流水線ADC功耗模型，確定單個(gè)流水線級(jí)分辨率與級(jí)電容縮減比例;提出了三相時(shí)鐘控制的SHA Less設(shè)計(jì)及運(yùn)放共享、電容共享、比較器共享的多模塊共享結(jié)構(gòu)。三相時(shí)鐘的引入，實(shí)現(xiàn)MDAC采樣路徑和級(jí)間ADC采樣路徑完全匹配，消除孔徑誤差，并解決運(yùn)放共享和電容共享設(shè)計(jì)中的記憶效應(yīng)問題，提高系統(tǒng)精度。多模塊共享結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)使得前兩級(jí)流水線

3、級(jí)電路中運(yùn)算放大器個(gè)數(shù)及比較器個(gè)數(shù)均減半，降低系統(tǒng)功耗。同時(shí)，對(duì)sub DAC邏輯編碼電路進(jìn)行改進(jìn)，減少電路中開關(guān)個(gè)數(shù)。在模塊電路設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)一種低電壓兩級(jí)運(yùn)算放大器，第一級(jí)采用折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)，第二級(jí)采用主從形式class AB結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上從增益、帶寬、噪聲、功耗等多方面進(jìn)行優(yōu)化，滿足高的增益和帶寬要求;提出一種新型柵壓自舉開關(guān)電路，提高了采樣電路線性度、速度，同時(shí)，降低功耗，減小版圖面積;三相時(shí)鐘電路的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出適用于本設(shè)

4、計(jì)MDAC電路的三相時(shí)鐘電路，以精確控制延時(shí)。
　　基于TSMC130nm1P8M CMOS RF混合信號(hào)工藝，完成低功耗12bit50MS/s流水線ADC中MDAC模塊的原理圖和版圖設(shè)計(jì)。MDAC版圖面積為250μm×270μm，后仿真結(jié)果表明:在時(shí)鐘頻率為50MHz，輸入信號(hào)是共模電壓為400mV，差模幅值為±267mV(-1dBFS)，頻率為24.365MHz的正弦信號(hào)條件下，測(cè)得最差工藝角下SNDR為69.6dB，SFDR