【摘要】：模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為連接模擬世界與數(shù)字世界的橋梁,如今已經(jīng)成為世界上需求量最大的混合信號(hào)電子產(chǎn)品之一,滲透到我們生活和工作中的方方面面,如手機(jī)、電腦、可穿戴設(shè)備、WiFi等。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速崛起,如今越來越多的電子產(chǎn)品已經(jīng)朝著智能化、人性化發(fā)展,使得對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器高速高精度要求的同時(shí),也對(duì)功耗的要求越發(fā)嚴(yán)苛。流水線型ADC可以同時(shí)達(dá)到高速高精度的要求,但是有著高功耗的缺點(diǎn),為了彌補(bǔ)其功耗上的不足,本文提出一種新型低功耗環(huán)形放大器作為其流水線架構(gòu)的級(jí)間放大器,并利用逐次逼近性ADC的低功耗優(yōu)勢,通過環(huán)形放大器,實(shí)現(xiàn)低功耗流水線-逐次逼近型ADC,進(jìn)而驗(yàn)證環(huán)形放大器在ADC中的工作原理和性能。本文首先對(duì)ADC的研究現(xiàn)狀和各種性能指標(biāo)進(jìn)行了闡述和定義,并簡要總結(jié)了當(dāng)前一些主流ADC的主要優(yōu)劣和應(yīng)用場景。并結(jié)合當(dāng)前國際國內(nèi)市場對(duì)ADC相關(guān)芯片的需求,對(duì)于ADC未來的發(fā)展趨勢做出了總結(jié)和預(yù)測。流水線型的ADC的主要功耗來自于級(jí)間放大器,本文對(duì)比當(dāng)前典型應(yīng)用的級(jí)間放大器,提出了一種新型的自偏置偽差分環(huán)形放大器,并就該放大器的速度、精度和功耗進(jìn)行了細(xì)致的優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)中高速度、中高精度、低功耗的性能,解決了環(huán)形放大器電荷共享所引起的增益誤差問題。除此之外,本文亦對(duì)三種不同架構(gòu)的環(huán)形放大器做出了詳細(xì)的分析,并給與電路實(shí)現(xiàn)。本文采用逐次逼近性ADC作為流水線ADC的子ADC,就此實(shí)現(xiàn)了下極板采樣式和共模收斂式兩種不同類型的逐次逼近型ADC,并重新對(duì)其邏輯控制和比較器進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。最后,本文基于所提出的偽差分環(huán)形放大器,在TSMC 40nm CMOS工藝下,級(jí)聯(lián)兩級(jí)ADC實(shí)現(xiàn)12bit、160MS/s的流水線-逐次逼近型ADC。其中偽差分環(huán)形放大器增益穩(wěn)定在15.92±0.008,功耗800?W,速度160MS/s,SFDR85dB,軌到軌輸出。兩級(jí)子ADC的精度分別為5bit和8bit,其有效位分別為4.8bit和7.38bit,速度分別為400MS/s和160MS/s。流水線-逐次逼近型ADC的有效位為9.1bit,SNDR為56.5dB,品質(zhì)因數(shù)為34.2fJ/conv-step。
【圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文28nm/40nm 等小電壓電源供給的先進(jìn)工藝，但是對(duì)于超低功耗 ADC 的設(shè)計(jì)，小電壓電源供給的先進(jìn)工藝則有著非常顯著的優(yōu)勢。而在系統(tǒng)架構(gòu)的選擇中，SARADC 和 Pipelined-SAR 混合型 ADC 是目前的主流選擇。圖 1-2 統(tǒng)計(jì)了 1997-2016年集成電路領(lǐng)域兩個(gè)代表性會(huì)議（International Solid-State Circuit Conference,ISSCC 和 Very Large Scale Integrated-circuit，VLSI）相關(guān)學(xué)術(shù)論文的主要指標(biāo)的發(fā)展趨勢[2,4]�？梢钥闯鰧�(duì)于中高精度和速度的 ADC，，低功耗的研究非常熱門。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文采樣率很大的轉(zhuǎn)換器被稱為過采樣轉(zhuǎn)換器，而奈奎斯特轉(zhuǎn)換一般小于 8。2 所示， ΣADC 有著最高的轉(zhuǎn)換精度，其利用過采樣架構(gòu)以，是常用 ADC 架構(gòu)中唯一的過采樣 ADC；Flash ADC 相較最快，但是精度同時(shí)也是最低的；圖中給出了同步和異步兩前者一般可以實(shí)現(xiàn)較高精度，是低速低功耗的一種很好的選器自復(fù)位時(shí)鐘產(chǎn)生異步 SAR 邏輯，有效提高了速度，增大采C 則是一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速高精度的架構(gòu)，但是架構(gòu)過于較大的面積和功耗。根據(jù)緒論中對(duì) ADC 趨勢的分析，目R ADC 具有中高速度中高精度，并且具有 SAR ADC 所具有
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN792;TN722

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本文編號(hào)：2640851