本文關鍵詞： 高速高精度 采樣保持電路 折疊插值模數(shù)轉(zhuǎn)換器 開環(huán) 時間交織　出處：《合肥工業(yè)大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：采樣保持電路(THC)位于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的最前端,是高速ADC的核心模塊之一。THC的作用是將外界輸入的連續(xù)變化模擬信號瞬時值轉(zhuǎn)換為離散信號并保持一定的時間以供后級電路進行量化和編碼操作,它所能實現(xiàn)的精度和采樣率決定了整個ADC可以達到的最高分辨率和最快轉(zhuǎn)換速率,因此THC的性能對整個ADC性能的影響是決定性的。由于軟件無線電、高頻通信技術以及雷達等技術的推動,ADC在向著高速方向發(fā)展,這使得研究高性能THC也成為至關重要的一項工作。本文闡述了THC在高速高精度折疊插值ADC中的應用背景,分析了各種THC架構的優(yōu)缺點,從速度和精度兩方面討論了THC性能提升的關切點,指明對于10位精度、1.6GSps采樣率指標的折疊插值ADC,基于開環(huán)雙通道時間交織結構設計的THC可以保證電路的可實現(xiàn)性與可靠性。本文重點分析了開環(huán)THC精度的限制因素,探討了一些抑制電路非理想因素的辦法,對模擬通路上各模塊都提出了相應的線性度提升方法,比如：高線性度柵壓自舉開關、源極退化技術以及虛擬開關吸收電荷注入等技術。最終完成了包括高性能采樣開關、輸入/輸出緩沖器、復位脈沖產(chǎn)生電路以及正／負壓電荷泵在內(nèi)的總體THC電路設計。引入了主控時鐘技術用于緩解兩個時間交織通道的采樣時刻失配問題；采用帶冗余結構的源跟隨器設計兩通道共享的輸入緩沖器,使其帶寬達到5.6GHz,無雜散動態(tài)范圍(SFDR)超過77dB；采用全NMOS晶體管實現(xiàn)的全差分單級運放作為第二級緩沖器,基于共用偏置技術實現(xiàn)了其輸出共模電壓的穩(wěn)定；基于高效率的交叉耦合電荷泵基本拓撲設計正壓電荷泵、負壓電荷泵以及復位脈沖產(chǎn)生電路。本文在Cadence Spectre環(huán)境下基于0.18μm CMOS工藝設計和仿真電路,采用2V單電源供電。仿真結果表明,在1.6GSps的奈奎斯特采樣率下,采用相干采樣,負載電容為600fF,輸入800mVpp的正弦波,信號與噪聲失真比(SNDR)達到72.3dB,有效位數(shù)(ENOB)超過11.7位,達到了10位1.6GSpsADC對于前端THC的性能要求。
[Abstract]:The sampling and holding circuit (THC) is at the front end of the high speed A / D converter (ADC). THC is one of the core modules of high speed ADC. The function of THC is to convert the instantaneous value of the continuous variation analog signal into discrete signal and maintain a certain time for the quantization and coding operation of the back stage circuit. The precision and sampling rate that it can achieve determine the maximum resolution and the fastest conversion rate that can be achieved by the whole ADC, so the performance of THC is decisive to the performance of the whole ADC. The development of high frequency communication technology and radar technology makes the research of high performance THC become a very important task. This paper describes the application background of THC in high speed and high precision folding interpolation ADC. This paper analyzes the advantages and disadvantages of various THC architectures, and discusses the concerns of improving THC performance in terms of speed and accuracy. It is pointed out that the THC based on open-loop dual-channel time-interleaved structure can guarantee the realizability and reliability of the circuit for the 10-bit precision 1.6 GSPS sampling rate index. The limiting factors of open-loop THC precision are analyzed in this paper. In this paper, some methods to restrain the non-ideal factors of circuit are discussed, and the corresponding linearity lifting methods are proposed for each module in the analog path, such as: high linearity gate voltage bootstrap switch, The source pole degradation technique and virtual switch absorption charge injection technology are finally completed, including high performance sampling switch, input / output buffer, etc. The overall THC circuit design including reset pulse generation circuit and positive / negative charge pump is designed. The master clock technology is introduced to alleviate the sampling time mismatch between two time interleaved channels. The source follower with redundant structure is used to design a two-channel shared input buffer, which has a bandwidth of 5.6 GHz, and no stray dynamic range (SFDR) of over 77dB.The full differential single-stage operational amplifier realized by full NMOS transistor is used as the second stage buffer. Based on the common bias technique, the output common-mode voltage is stabilized, and the barotropic charge pump is designed based on the high efficiency cross-coupled charge pump topology. In this paper, based on 0.18 渭 m CMOS process design and simulation circuit based on Cadence Spectre, the power supply of 2V single power supply is used. The simulation results show that coherent sampling is used at the Nyquist sampling rate of 1.6GSs. The load capacitance is 600fF, the sinusoidal wave of 800mVpp is input, the signal to noise distortion ratio (SNDR) is 72.3 dB, and the effective bit number (ENOB) is more than 11.7 bits, which meets the performance requirements of 10-bit 1.6GSps ADC for front-end THC.
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN792

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本文編號：1553271