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基于CMOS 0.18μm工艺的一种流水线模数转换器的设计

作　者: 王丽
导　师: 李晓光
学　校: 北京交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 模数转换器浮点流水线 CMOS 开关电容电路
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着技术的进步,大量的数字和模拟电路集成在一个芯片上,面积和功耗越来越受关注,因此设计一种基于标准CMOS工艺的高性能低功耗模数转换器(ADC)成为本论文的目标。ADC在无线通信、图像处理、音频技术和工业控制的广泛运用,如集成传感感器系统,传感器产生较宽的信号电平范围。本文设计了一个9-bit浮点流水线模数转换,可应用于高性能大动态范围CMOS传感器。浮点的方法加大ADC的输入动态范围,从而节省了面积和功耗,本设计的动态范围达78dB。本文对浮点流水线ADC的原理和电路进行了深入的研究,设计并实现了由可变增益放大器(实现3-bit指数位)和6-bit流水线ADC(实现6-bit尾数位)两个主要模块构成的9-bit的浮点流水线ADC。本文的研究意义在于该ADC在输出较少比特的情况下提高了它的动态范围。本文详细的设计了9-bit浮点流水线ADC的每个组成部分。第二章中,在讨论了几种ADCs后详细的介绍了浮点流水线ADC的原理。第三章中,对运放、可变增益放大器、减法器、比较器等模拟电路单元进行了详细的设计。第四章中对各类基本数字电路、触发器、译码器、时钟产生器等进行了详细的设计。第五章中,详细的设计了用于可变增益放大器级和流水线级的子级3-bit闪速ADC、DAC。最后在第六章对整个电路进行了整合与仿真。本设计是在CMOS 0.18μm工艺基础上设计实现的。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-14
  1.1 A/D转换器的现状和发展趋势  10-11
  1.2 论文的意义及背景  11-13
  1.3 论文的主要工作及章节安排  13-14
2 浮点ADC的原理  14-25
  2.1 ADCs的主要类型  14-16
    2.1.1 Σ-Δ模数转换器  14
    2.1.2 全并行闪速型模数转换器  14-15
    2.1.3 流水线模数转换器  15-16
  2.2 浮点ADC的原理  16-25
    2.2.1 浮点型数字  16-17
    2.2.2 浮点型ADC的优点  17-18
    2.2.3 浮点ADC模块  18-25
3 模拟单元电路的设计  25-49
  3.1 运放电路的设计  25-32
    3.1.1 高频运放的设计  25-31
    3.1.2 低频运放的设计  31-32
  3.2 开关电容电路的设计  32-44
    3.2.1 开关电容电路  32-33
    3.2.2 开关的设计  33-34
    3.2.3 开关电容可变增益放大器的设计  34-41
    3.2.4 开关电容减法器的设计  41-44
  3.3 比较器的设计  44-49
    3.3.1 预放大级  44-45
    3.3.2 判断级  45-46
    3.3.3 自偏置差分放大级  46
    3.3.4 比较器的完整电路及测试  46-49
4 数字单元电路的设计  49-63
  4.1 反相器的设计  49-51
  4.2 逻辑与门、与非门的设计  51-53
  4.3 逻辑或门的设计  53-55
  4.4 D触发器的设计  55-57
  4.5 译码器的设计  57-59
  4.6 时钟产生器的设计  59-63
5 子级ADC和DAC的设计  63-70
  5.1 3-bit闪速ADC的设计  63-67
  5.2 DAC电路的设计  67-70
6 电路的整合与仿真  70-82
  6.1 VGA模块  71-73
  6.2 流水线ADC的第一级模块  73-75
  6.3 流水线ADC的第二级模块  75
  6.4 最终电路结构  75-76
  6.5 整体电路的仿真  76-82
7 结论  82-83
参考文献  83-85
作者简历  85-87
学位论文数据集  87

基于CMOS 0.18μm工艺的一种流水线模数转换器的设计

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