本文關鍵詞：低功耗逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設計與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著半導體工藝的發(fā)展,逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的速度得到提高,同時逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以其高能量效率在高速和高精度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中替代流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲得越來越多的青睞。電容不匹配、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器建立的不完全是制約逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器線性度和速度最主要的因素�；贑SMC 0.18μm 1.8 V電源電壓的CMOS混合信號工藝,本論文完成了一款基于雙輸入開關內(nèi)置運放的10-bit 50Msample/s流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的電路設計、版圖布局、仿真測試以及芯片測試等工作。該流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入信號設計指標為：輸入信號共模電平950mV,輸入信號范圍-900mV至900mV。芯片測試結果顯示,本論文設計的10-bit 50Msample/s流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器有效位可以達到7.6-bit,無雜散動態(tài)范圍可以達到52.2dB,信噪比可以達到47.3dB。本文還著重從理論分析到具體的電路設計這兩個方面研究了低功耗逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設計：(1)為了降低電容陣列總電容,對merged capacitor switching(MCS)算法做了改進,改進后的DAC最低位的單位電容的底極板電平需要根據(jù)前一位的量化結果進行切換,不再保持連接參考電平。相比較于傳統(tǒng)MCS算法,改進型MCS算法的功耗和電容值分別有50%和70%的減少。(2)為了更好地呈現(xiàn)改進型MCS算法的功耗優(yōu)勢,給出了采用改進型MCS算法的3-bit SARADC的開關功耗的詳細計算過程。(3)為了提高逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣速率,對detect-and-skip(DAS)算法進行了優(yōu)化。改進型DAS算法中,粗量化逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器每量化完成一位,細量化逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相應位的電容底極板電平就立刻進行切換。(4)詳細分析了采樣開關噪聲和電容不匹配對電路的影響,并對單位電容的取值進行了詳細的分析和計算。相比較于基于傳統(tǒng)MCS算法構建的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器,基于改進型MCS算法和改進型DAS算法構建的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器功耗和電容值分別降低80.585%和47.6%�；赟MIC 0.18μm 1 P6M CMOS混合信號工藝設計了一款采用改進型MCS算法和改進型DAS算法的10-bit精度50MHz采樣率低功耗逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。在1.8 V電源電壓下,輸入模擬信號的共模電壓900mV,輸入模擬信號范圍-1.6V至1.6V。
【關鍵詞】：逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 低功耗 改進型MCS算法 改進型DAS算法
【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
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 工藝特征尺寸減少帶來的挑戰(zhàn)15-16
• 1.2 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的架構16-18
• 1.3 本論文的創(chuàng)新之處18-19
• 第二章 傳統(tǒng)SAR ADCs技術及其面臨的挑戰(zhàn)19-30
• 2.1 奈奎斯特速率ADCs的搜索算法19-23
• 2.1.1 全并行(Flash)ADC19-20
• 2.1.2 二進制逐次逼近算法20-21
• 2.1.3 流水算法21-23
• 2.2 SAR架構23-26
• 2.3 SAR ADCs中的靜態(tài)誤差26-28
• 2.3.1 電容不匹配27-28
• 2.3.2 失調(diào)誤差28
• 2.4 SAR ADCs中的動態(tài)誤差28-29
• 2.5 總結29-30
• 第三章 Pipeline ADC的設計與研究30-43
• 3.1 Pipeline ADC數(shù)字校正算法30-33
• 3.2 MDAC及其非理想因素33-35
• 3.2.1 記憶效應34
• 3.2.2 級間串擾34-35
• 3.2.3 運放共享開關的電荷注入和時鐘饋通35
• 3.3 雙輸入開關內(nèi)置運放共享MDAC35-37
• 3.3.1 雙輸入開關內(nèi)置運放共享MDAC架構35-36
• 3.3.2 運放偏置電路36-37
• 3.3.3 共模反饋電路37
• 3.4 電路整體架構37-38
• 3.5 電路仿真結果38-39
• 3.6 電路版圖39-40
• 3.7 電路的測試結果40-42
• 3.7.1 電路測試環(huán)境40-41
• 3.7.2 Pipeline ADC測試結果41-42
• 3.8 總結42-43
• 第四章 SAR ADC的設計與研究43-57
• 4.1 改進型MCS算法43-49
• 4.1.1 改進型MCS算法的工作原理46
• 4.1.2 改進型MCS算法的開關切換功耗46-49
• 4.2 10-bit SAR ADC設計與實現(xiàn)49-56
• 4.2.1 10-bit SAR ADC的整體架構49-54
• 4.2.2 DAC陣列的單位電容54-55
• 4.2.3 SAR ADC開關功耗55-56
• 4.3 總結56-57
• 第五章 SAR ADC的實現(xiàn)與仿真57-73
• 5.1 采樣保持電路設計57-62
• 5.1.1 NMOS開關57-58
• 5.1.2 CMOS開關58-59
• 5.1.3 柵壓自舉開關59-61
• 5.1.4 采樣保持電路仿真61-62
• 5.2 SAR ADC數(shù)字校正算法62-66
• 5.3 動態(tài)鎖存比較器66
• 5.4 SAR ADC控制邏輯66-68
• 5.4.1 SAR ADC控制邏輯67
• 5.4.2 SAR ADC仿真67-68
• 5.5 SAR ADC的輸出電路68-69
• 5.6 SAR ADC的整體仿真結果69-72
• 5.7 總結72-73
• 第六章 工作總結與未來工作展望73-75
• 6.1 工作總結73-74
• 6.2 未來工作展望74-75
• 參考文獻75-79
• 攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況79

  本文關鍵詞：低功耗逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：261327