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高速高精度流水线模数转换器关键单元的设计

作　者: 吴晓勇
导　师: 马剑平；封先锋
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 高速高精度流水线模数转换器预放大锁存比较器增益数模转换器参考电压源
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

近年来，数字电话传输、卫星通讯、雷达、显示、医疗成像、数字电视以及高速因特网访问等领域的快速发展为模数转换器(ADC)提供了更广阔的应用空间，同时也对ADC性能提出了更高的要求。在各种结构高速高精度ADC中，流水线ADC是一种既能实现较高的速度，又能实现较高精度的ADC。本文对高速高精度流水线ADC的设计技术及其关键单元进行了研究。首先分析了流水线ADC中的各种非理想因素、误差来源及速度影响因素，讨论了影响流水线ADC速度和精度的一些关键问题，包括级分辨率的选择，数字校准技术，开关电容放大器的速度等；基于这些讨论和分析，采用BiCMOS0.35um工艺对12位120MSPS的流水线的关键单元比较器、增益数模转换器(MDAC)以及参考源进行了设计。设计中，采用时钟电压提升技术来提高采样开关的性能；采用底极板采样技术以减小电荷注入效应以及各电路模块之间的串扰；第一级特别采用开关电容输入结构的预放大锁存锁存比较器提高了比较器的速度和灵敏度；MDAC采用前置宽带放大器结构的运放以提高MDAC的建立速度；后面各级的MDAC和比较器的设计均作了缩减以减小功耗和面积。此外还设计了采用高阶温度补偿的低温度系数带隙基准电压基准以及差分参考电压源。对各个模块采用Cadence Spectre进行了仿真，结果表明所设计模块满足12位120MSPS ADC系统设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 引言  7-10
  1.1 课题目的及意义  7
  1.2 国内外的研究现状  7-8
  1.3 本文的工作和论文结构  8-10
2 模数转换器概述  10-16
  2.1 模数转换器的主要性能参数  10-12
    2.1.1 分辨率与采样速率  10
    2.1.2 模数转换器的性能指标  10-12
  2.2 模数转换器概述  12-16
3 流水线 ADC基本原理、分析与设计技术  16-28
  3.1 流水线模数转换器的原理  16-21
    3.1.2 数字校正原理  18-19
    3.1.3 MDAC的工作原理  19-21
  3.2 误差分析  21-25
    3.2.1 MDAC电路的误差分析  21-23
    3.2.2 MOS采样开关的误差与非理想效应  23-24
    3.2.3 底极板采样技术(bottom-plate sampling )  24-25
    3.2.4 比较器失调  25
  3.3 速度的分析与优化  25-26
  3.4 功耗的分析与优化  26
  3.5 级分辨率优化  26-28
4 ADC部分电路设计和仿真  28-54
  4.1 设计目标及系统结构  28-29
  4.2 第一级比较器的设计  29-34
    4.2.1 预放大器  30-32
    4.2.2 再生放大锁存器  32-33
    4.2.3 比较器仿真结果  33-34
  4.3 第一级 MDAC  34-44
    4.3.1 第一级 MDAC的结构设计  34-37
    4.3.2 第一级 MDAC运放设计  37-42
    4.3.3 时钟电压提升电路  42-43
    4.3.4 第一级仿真  43
    4.3.5 电容的匹配  43-44
  4.4 第二到九级流水线转换级  44-47
    4.4.1 第二级比较器  44-45
    4.4.2 第二级 MDAC  45-47
    4.4.3 第二级的仿真  47
  4.5 基准源的设计  47-54
    4.5.1 带隙基准电压源  47-50
    4.5.2 差分参考电压源  50-54
5 结论与展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-58
攻读硕士期间发表的学术论文  58

高速高精度流水线模数转换器关键单元的设计

内容摘要

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