發(fā)布時間：2017-03-21 10:09

  本文關(guān)鍵詞：高精度低功耗流水線型CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著通信網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,無線通信系統(tǒng)的需求愈來愈多。低功耗超高頻RFID技術(shù)在這種背景之下,逐漸成為研究熱點。RFID技術(shù)具有低功耗、高速率和低成本等優(yōu)點,在物聯(lián)網(wǎng)、通信、數(shù)字視頻信號處理以及高速以太網(wǎng)中都有廣泛的應(yīng)用前景�；赗FID系統(tǒng)高速率、低功耗的設(shè)計目標(biāo),本文設(shè)計了一種高精度高采樣率低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。本文模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計采用流水線型的結(jié)構(gòu),這種設(shè)計可以滿足超高頻RFID系統(tǒng)的高采樣率和低功耗的設(shè)計要求。在本文的設(shè)計中,詳細地分析了流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器各個模塊的電路組成以及限制流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能的影響因素,包括增益自舉型運算放大器、柵壓自舉開關(guān)、動態(tài)比較器以及提供穩(wěn)定參考電壓的帶隙基準(zhǔn)和線性穩(wěn)壓電路。在流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)上,本文選擇了1.5比特／級的量化結(jié)構(gòu),多余的冗余位使流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)了自校準(zhǔn)的功能。通過使用運放共享和負載電容按比例縮小技術(shù),減少了模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運放的數(shù)目及其負載電容的大小,從而減小了流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運算放大器的功耗,實現(xiàn)低功耗的設(shè)計目標(biāo)。對于運放共享結(jié)構(gòu)設(shè)計,本文將采樣保持電路和第一級余量增益電路進行運放共享,后面8級余量增益電路的相鄰兩級實現(xiàn)了兩兩運放共享,最后一級通過全并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)2比特的量化輸出。在本文的設(shè)計中,還對實際系統(tǒng)應(yīng)用的電源穩(wěn)定性和溫度補償做了分析,使得本設(shè)計的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在電源電壓2.0V-3.3V范圍內(nèi),核心流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器有1.8V的穩(wěn)定供電電壓。本文通過采用流水線結(jié)構(gòu),設(shè)計了1.8V電源電壓下基于TSMC 0.18μm 1P4M CMOS工藝的11位100MS/s采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。通過采用運放共享技術(shù)實現(xiàn)了芯片功耗和面積的減少與優(yōu)化。本文采用了改進型柵壓自舉開關(guān),來提高開關(guān)的線性度和分辨率,以及通過設(shè)計增益自舉運放來提高運放增益。ADC核心的版圖面積是0.65mm2,核心功耗為52mW。采樣頻率為100MS/s時,10MHz輸入信號下,SFDR達到78dB,SNDR達到66.6dB,有效位數(shù)達到10.8位。
【關(guān)鍵詞】：運放共享 低功耗 流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 增益自舉運算放大器 動態(tài)比較器
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN792
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.3 本文的工作和組織結(jié)構(gòu)14-16
• 第2章 模數(shù)轉(zhuǎn)換器概述16-29
• 2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理16-18
• 2.2 低通采樣和帶通采樣18-20
• 2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器相關(guān)性能指標(biāo)和參數(shù)20-22
• 2.3.1 靜態(tài)參數(shù)20-21
• 2.3.2 動態(tài)參數(shù)21-22
• 2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分類及其發(fā)展22-29
• 2.4.1 全并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器22-23
• 2.4.2 時間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器23-24
• 2.4.3 流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器24-26
• 2.4.4 逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器26-27
• 2.4.5 ∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器27-29
• 第3章 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)計29-48
• 3.1 數(shù)字自校準(zhǔn)算法29-35
• 3.1.1 1.5 比特/級數(shù)字自校準(zhǔn)算法30-34
• 3.1.2 數(shù)字自校準(zhǔn)算法的MATLAB仿真34-35
• 3.2 基于運放共享技術(shù)的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)35-46
• 3.2.1 采樣保持電路36-38
• 3.2.2 余量增益電路38-39
• 3.2.3 采樣保持與余量增益共享運放39-40
• 3.2.4 誤差分析40-46
• 3.3 電路指標(biāo)46-48
• 第4章 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計48-80
• 4.1 運算放大器的設(shè)計48-65
• 4.1.1 基于g_m/I_D的運算放大器設(shè)計48-49
• 4.1.2 帶增益自舉的直筒式共源共柵結(jié)構(gòu)運算放大器49-57
• 4.1.3 密勒補償型的運算放大器設(shè)計57-62
• 4.1.4 單端電流鏡運算放大器的設(shè)計62-65
• 4.2 比較器的設(shè)計65-67
• 4.3 開關(guān)的設(shè)計67-70
• 4.3.1 NMOS開關(guān)68
• 4.3.2 CMOS開關(guān)68-69
• 4.3.3 柵壓自舉開關(guān)69-70
• 4.3.4 改進型的柵壓自舉開關(guān)70
• 4.4 兩相不交疊時鐘產(chǎn)生電路70-72
• 4.5 低壓差線性穩(wěn)壓器72-76
• 4.6 帶隙基準(zhǔn)電路76-80
• 第5章 版圖設(shè)計與仿真結(jié)果80-87
• 5.1 版圖設(shè)計80-83
• 5.2 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果83-86
• 5.3 電路的改進86-87
• 第6章 總結(jié)與展望87-89
• 6.1 總結(jié)87-88
• 6.2 展望88-89
• 參考文獻89-97
• 致謝97-98
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果98

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