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基于0.13μm CMOS工艺的8位1Gsps低失调电压Flash ADC的设计与实现

作　者: 崔海龙
导　师: 陈怒兴
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 软件工程
关键词: Flash 模数转换器 超高速
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着集成工艺的发展,高速模数转换器(Analog-to-Digital Converter,简称ADC)越来越广泛应用于视频、无线通讯、军事等领域,其性价比不断提高,当前主流的A/D转换器向着高速、高分辨率和低功耗的方向发展。特别是在示波器、硬盘驱动读取通道、无线通信等应用领域,对A/D转换器的速率要求越来越高。本文基于0.13μm CMOS工艺,设计实现了一款低失调电压、8位1Gsps的Flash模数转换器。主要研究内容包括以下几个方面:1.深入研究了各种高速模数转换的结构及性能特点,为高速模数转换器的研究打下良好基础。2.设计了一种新型的8位Flash模数转换电路结构。首先,采用无采样/保持电路的Flash插值A/D转换器结构,该结构不但可以实现在一个时钟周期内完成一次转换的最高转换速度,而且采用了电阻插值结构,与传统结构比较,降低对比较器速度的要求;其次,采用同一时钟控制下流水线模式提高了芯片的转换速率;最后,采用单级预放大器消除比较器电路失调电压,进一步提高了转换器的转换速率。3.深入研究运算放大器电路在保持采样率及精度条件下尽量减小失调电压的措施。通过分析得知运算放大器电路失调产生的主要因素包括输入管的跨导和漏源的面积:在电路设计中采用降低输入管跨导的方法,使输出对失调不敏感;在版图实现采用非叉指结构的输入管,减少漏源的面积,进一步减小失调电压。4.采用预放大的方法,将输入端的电压差放大,降低了失调电压对比较器的影响,大大地提高比较器的精度。5.在0.13μm CMOS工艺下实现了一款分辨率为8 bits、采样速率为1Gsps的高速模数转换器。该ADC的面积为4.792mm2。版图仿真表明,在输入信号为16.6MHz采样率为1Gsps时,积分非线性和微分非线性的最大值分别小于0.6LSB和0.4LSB,信噪比达到46.8dB,有效位数为7.5bit,功耗小于800mW,满足了设计的要求。

全文目录


表目录  5-6
图目录  6-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 论文的主要工作  13
  1.4 本文的组织结构  13-14
第二章 几种典型ADC 结构及性能指标  14-29
  2.1 几种典型ADC 结构  14-20
    2.1.1 ∑-Δ ADC  14-15
    2.1.2 逐次逼近型ADC  15-16
    2.1.3 流水线型ADC  16-18
    2.1.4 Flash ADC  18-20
  2.2 ADC 主要性能指标  20-29
    2.2.1 ADC 的主要静态参数  20-24
    2.2.2 ADC 的主要动态参数  24-29
第三章 Flash ADC 性能指标及系统结构选择  29-36
  3.1 Flash ADC 性能指标  29
  3.2 Flash ADC 结构选择  29-36
    3.2.1 Flash ADC 典型结构缺点及各种改进结构  29-34
    3.2.2 Flash ADC 结构设计  34-36
第四章 Flash ADC 关键电路设计  36-51
  4.1 运算放大器的设计  36-43
    4.1.1 预放大运放的设计  36-37
    4.1.2 运放消失调技术  37-39
    4.1.3 预放大电路尺寸确定  39-42
    4.1.4 预放大电路仿真  42-43
  4.2 高速比较器的设计  43-51
    4.2.1 比较器的静态特性  43-45
    4.2.2 比较器的动态特性  45-47
    4.2.3 高速比较器的失调  47-48
    4.2.4 比较器电路的设计  48-49
    4.2.5 比较器电路的仿真  49-51
第五章 Flash ADC 版图实现及仿真  51-59
  5.1 Flash ADC 版图设计  51-54
    5.1.1 天线效应  51-52
    5.1.2 叉指晶体管  52-53
    5.1.3 对称性和不匹配  53
    5.1.4 噪声考虑  53-54
    5.1.5 寄生效应  54
  5.2 Flash ADC 版图仿真  54-59
第六章 结束语  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
作者在学期间取得的学术成果  65

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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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