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高性能流水线模数转换器设计

作　者: 魏琦
导　师: 汪蕙
学　校: 清华大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 流水线 模数转换器 运算放大器
分类号: TN792
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 335次
引　用: 1次
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内容摘要


模数转换器(Analog to Digital Converter, ADC)作为模拟世界和数字世界的接口,是现代通信系统和系统芯片(System On Chip, SOC)的重要组成部分。随着软件无线电、认知无线电和多模式高速通信系统的发展,传统的模数转换器已不能满足多种协议、不同信号带宽以及极低功耗的要求。因此,本论文研究高性能流水线模数转换器,针对其中功耗最大的运算放大器、可编程技术以及为高速模拟输入信号充当缓冲器的源跟随器等进行了深入研究,取得的主要成果包括:提出了互补循环折叠共源共栅运算放大器,与传统折叠共源共栅运算放大器相比,可以节省60%以上的功耗,在相同的偏置电流下,增益带宽积为传统折叠运放的2.6倍;提出了新颖的预充型快速上电开启的开关运算放大器,加快了开关运放上电开启的速度,在采样时钟相关闭运放,可以节省大约32%的功耗。提出了改进的电流调制功耗缩放技术,不需要调节运算放大器的偏置电流即可改变模数转换器的采样速度;提出了新型精度可编程策略,在降低采样精度时可以有效地降低功耗。并设计了一个可编程流水线模数转换器,其电源电压为1.8V,精度为8-11b,且不需改变运算放大器的偏置电流即可调节采样速度,调节范围为400KS/s-40MS/s。提出了可以消除体效应和沟道长度调制效应的CMOS源跟随器,提高了源跟随器的线性度和电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)。流片测试结果表明,其无杂散动态范围(Spurious Free Dynamic Range, SFDR)为80.4dB。设计了一个高SFDR、低功耗且无需校准的12b 40MS/s流水线模数转换器,电源电压为1.8V。流片测试结果表明,在4.9MHz模拟输入信号和40MS/s采样率下,其功耗为102mW,SFDR为83.38dB。此外,为进一步提高性能,设计了一个14b 100MS/s流水线模数转换器,并已经完成了流片及初步测试工作。当模拟输入信号为4.9MHz,采样率为15MS/s和90MS/s时,SFDR分别为80.3dB和76.2dB。

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 数模、数模转换电路
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