發(fā)布時(shí)間：2019-10-31 22:56

【摘要】：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是溝通模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的橋梁,大量應(yīng)用在通信、雷達(dá)、數(shù)字測(cè)量、醫(yī)療影像和無線基站接收系統(tǒng)中。折疊內(nèi)插ADC具有速度快、面積小、易于兼容數(shù)字工藝等優(yōu)勢(shì),為超高速、中等分辨率的應(yīng)用提供了最佳的電路設(shè)計(jì)方案。因此,本論文主要針對(duì)折疊內(nèi)插ADC中的采樣保持電路(THA)、折疊放大器、內(nèi)插電路、比較器和編碼器,運(yùn)用Simulink軟件分別建立了行為級(jí)模型,對(duì)電路的性能指標(biāo)進(jìn)行折衷設(shè)計(jì)。采樣保持電路模塊作為ADC的最前端模塊,由采樣開關(guān)和保持電容引入的非理想因素將不可逆地影響整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)。在THA的行為級(jí)建模過程中,考慮了電荷注入效應(yīng)、保持電容放電、輸入饋通、開關(guān)熱噪聲、轉(zhuǎn)換速率、孔徑時(shí)間和失調(diào)電壓等非理想效應(yīng),并且結(jié)合上述非理想因素的特點(diǎn)、數(shù)學(xué)模型以及輸入輸出特性,構(gòu)建了一個(gè)完整的ADC中前端THA模塊的Simulink模型。行為級(jí)時(shí)域仿真初步表明該模型能夠?qū)崿F(xiàn)采樣-保持的基本功能,運(yùn)用2048個(gè)點(diǎn)的FFT分析得到了THA電路的頻譜圖以及性能指標(biāo),并對(duì)THA中的非理想因素對(duì)采保電路性能的影響進(jìn)行了仿真分析,指導(dǎo)了電路級(jí)設(shè)計(jì)。最后,通過與電路級(jí)仿真測(cè)試結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了采樣保持電路行為級(jí)模型的精確性和有效性。之后,對(duì)折疊內(nèi)插ADC中折疊放大器、內(nèi)插電路、過零比較器以及編碼器分別建立了行為級(jí)Simulink模型,并針對(duì)折疊放大器中輸入失調(diào)、非線性增益、增益失配和限制性帶寬等非理想因素,以及內(nèi)插增益誤差、比較器失調(diào)進(jìn)行了建模,對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的性能指標(biāo)進(jìn)行了折衷設(shè)計(jì)。根據(jù)行為級(jí)模型的仿真結(jié)果,對(duì)電路中的非理想效應(yīng)進(jìn)行了分析討論,確定了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求下,電路級(jí)設(shè)計(jì)的電路參數(shù),指導(dǎo)并改進(jìn)了ADC的電路設(shè)計(jì)。行為級(jí)仿真結(jié)果表明,6位折疊內(nèi)插ADC在3 Gsps采樣速率下,有效位數(shù)(ENOB)達(dá)到了5.64 bit,微分非線性(DNL)和積分非線性誤差(INL)分別為0.2 LSB和0.41 LSB,無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)為45.42 dB,信噪失真比(SNDR)達(dá)到了35.74 dB。最后,采用1 μm GaAs HBT工藝對(duì)折疊內(nèi)插ADC進(jìn)行了流片和測(cè)試,樣片測(cè)試結(jié)果表明,該ADC的芯片面積為4.32mm×3.66mm,ENOB為5.53 bit,DNL和INL分別為0.36 LSB和0.48 LSB,SFDR為40.92 dB,在6 V單電源電壓供電下,ADC芯片所消耗的功耗為5.43 w。通過將折疊內(nèi)插ADC的行為級(jí)仿真結(jié)果與樣片測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,可以看到行為級(jí)仿真結(jié)果與樣片測(cè)試結(jié)果基本一致,從而驗(yàn)證了所建立行為級(jí)模型的準(zhǔn)確性和有效性。本論文的研究對(duì)ADC的行為級(jí)建模方法以及指導(dǎo)電路級(jí)設(shè)計(jì)具有一定的意義和價(jià)值。
【圖文】：

己經(jīng)研發(fā)出了不同種類的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在所有ＡＤＣ類型中，由于ＤＳＰ處理速度的＾逡逑飛速提升，超高速ＡＤＣ的需求相應(yīng)不斷提高，成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)。圖１．１給出了：逡逑分辨率４－８位的中等分辨率超高速（〉２邋Ｇｓｐｓ）邋ＡＤＣ在高速通信和雷達(dá)，高速測(cè)量，逡逑ＣＣＤ成像，高速存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。因此，研究設(shè)計(jì)具有使用價(jià)值的超高速逡逑ＡＤＣ對(duì)高速通信，，高速測(cè)量，國(guó)防等領(lǐng)域具有重要意義。逡逑ＭｉＭ逡逑笠巧邐電琪Ｗ的解巧巧邐巧巧巧n,巧逡逑巧字巧試巧備邐成值系巧邐巧抵巧動(dòng)器逡逑圖１．１高速ＡＤＣ的應(yīng)用逡逑目前常見的超高速ＡＤＣ所使用的制造工藝主要有四種：ＣＭＯＳ工藝、ＧａＡｓ逡逑ＨＢＴ、ＩｎＰＨＢＴｔＵ及ＳｉＧｅＨＢＴ。和ＣＭＯＳ工藝相比，由于異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管逡逑（ＨＢＴ）的禁帶寬度更大Ｗ及更高的電子遷移率，因此ＨＢＴ的截止頻率知很高，更逡逑適用于超高速集成電路設(shè)計(jì)［１－３］。而且ＧａＡｓ半絕緣襯底使得器件和互連之間的絕逡逑１逡逑

逡逑參數(shù)逡逑于表示其模擬輸入的位數(shù)，或者是Ｄ數(shù)［１８］。分辨率和參考電壓共同決定稱作量化臺(tái)階。逡逑（ＤＮＬ）誤差逡逑的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)換階梯寬度相鄰連續(xù)碼轉(zhuǎn)換點(diǎn)間的差值，通過最最大偏差［１９］，其表征單位為ＬＳＢ。理是均勻的。但實(shí)際ＡＤＣ由于非線性Ｄｏｕｔ邋？－■■巧想曲線邐巧原曲線逡逑邐邐邐邐邐邐
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN792

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本文編號(hào)：2553910