16通道12位R-C結(jié)構(gòu)SAR ADC的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、伴隨著多媒體市場(chǎng)以及電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)步迅猛。但是自然界中的很多信號(hào)，比如溫度、壓力、聲音、速度等物理量都是模擬信號(hào)，所以我們就需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(Analog-to-Digital Converter)實(shí)現(xiàn)數(shù)字和模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。MCU就是我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫膯纹瑱C(jī)(微控制單元Microcontroller Unit)。它集成了內(nèi)處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、計(jì)數(shù)器、以及I/O端口為一體的一塊集成

2、芯片。
　　逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC）是中速中精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一般應(yīng)用在8～16位，5MS/s以下的領(lǐng)域里。在目前的CMOS工藝下，SAR ADC可以實(shí)現(xiàn)較小的芯片面積和較低的芯片功耗，所以在速度、精度、成本以及功耗等各個(gè)方面具有綜合的優(yōu)勢(shì)，特別適合應(yīng)用于MCU的ADC接口。
　　為了提高M(jìn)CU的利用率，作為接口的ADC需要在盡量小的芯片面積下處理盡可能多的環(huán)境信號(hào)，因此本文設(shè)計(jì)了一個(gè)16通道的SARADC，主要

3、分成DAC模塊，比較器模塊，SAR邏輯模塊。根據(jù)應(yīng)用指標(biāo)的需要，確定了DAC采用R-C結(jié)構(gòu)，選擇高五位用溫度計(jì)編碼的電容陣列，低七位用R-2R電阻梯形結(jié)構(gòu)。采用此種結(jié)構(gòu)，不僅可以省略采樣電路從而減少芯片面積，也可以簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。同時(shí)在時(shí)序控制上，通過(guò)非交疊控制信號(hào)和部分延時(shí)采樣技術(shù)避免了短路回路和電荷注入現(xiàn)象。而對(duì)于比較器模塊而言，本文提出了一種有三級(jí)預(yù)防大電路加鎖存比較器的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以盡可能地發(fā)揮運(yùn)算放大器和鎖存器的特

4、點(diǎn)，加快比較的速度。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮了輸出失調(diào)電壓的消除技術(shù)。
　　本文采用GSMC130 nm E-flash工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)12位1 Msample/s的SAR ADC，模擬電源3.3 V供電，數(shù)字電源1.5V供電。版圖設(shè)計(jì)之后，面積為626*558μm2。通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，功耗為2 mW.在單端模式下，有70個(gè)失碼，DNL=+4.1/-1 LSB，INL=+13/-2.5 LSB，SNR=64.49 dB，SNDR=55.