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低功耗CMOS流水线模数转换器的电路结构研究与实现

作　者: 孙涛
导　师: 王国兴; 汪宁
学　校: 上海交通大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 流水线模数转换器 低功耗设计 采样保持电路 数字误差校准
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


模数转换器在现代的电路系统中广泛应用，典型的应用包括无线收发机和CMOS图像传感器等。随着各种新的发展趋势以及不断增长的无线数字通信市场，更高采样速率、更低功耗以及更好线性度的模数转换器的需求越来越大。得益于半导体工艺尺寸的缩小，数字集成电路可以获得更丰富的功能和性能，然而对于模拟集成电路来说，更小的工艺尺寸以及更小的供电电压意味着想要保证相同的信噪比必须降低噪声，对于采样电路来说需要采用更大的采样电容，这就需要更大的电流来驱动，从而使得系统的功耗增加。功耗对于很多要求移动性能的系统来说是需要特别考虑的指标，如何降低模拟电路的功耗成为热门研究课题。本论文主要研究用于ISM频带收发机中的流水线模数转换器的低功耗设计与实现。主要采用的低功耗技术包括：前端无采样保持电路设计、电容按比例缩小设计、动态比较器设计、动态功耗调整设计等。在本论文中，设计了一个10比特20兆采样速率的流水线模数转换器，最低功耗约为5毫瓦，芯片测试得到有效位数为8.53比特，动态范围为55.12dB，无杂散动态范围为59.19dB，信号与噪声及总谐波失真比为53.13dB，总谐波失真为57.49dB。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-14
第一章 前言  14-18
  1.1 模数转换器的研究背景和动机  14-15
    1.1.1 模数转换器的发展历史及其应用  14
    1.1.2 ADC 的研究趋势及设计难点  14-15
    1.1.3 国内外研究现状  15
  1.2 论文的组织结构  15-18
第二章 ADC 综述  18-26
  2.1 ADC 性能参数  18-20
    2.1.1 信噪比（SNR）  19
    2.1.2 总谐波失真（THD）  19-20
    2.1.3 信号与噪声及谐波失真比（SNDR）  20
    2.1.4 无杂散动态范围（SFDR）  20
    2.1.5 有效位（ENOB）  20
  2.2 ADC 结构回顾  20-26
    2.2.1 Flash ADC  20-21
    2.2.2 两级 Flash ADC  21-22
    2.2.3 逐次逼近 ADC  22-23
    2.2.4 流水线 ADC（Pipeline ADC）  23-24
    2.2.5 过采样 ADC  24-26
第三章 流水线 ADC（PIPELINEADC）设计  26-52
  3.1 数字错误校准  26
  3.2 基本组成模块  26-42
    3.2.1 乘法型 DAC  26-31
    3.2.2 子 ADC  31-32
    3.2.3 运算放大器（Opamp）  32-38
    3.2.4 比较器  38-42
  3.3 流水线（Pipeline）ADC 中的非理想误差源  42-52
    3.3.1 子 ADC 的误差  42
    3.3.2 热噪声  42-43
    3.3.3 开关  43-47
    3.3.4 运算放大器有限的直流增益  47-48
    3.3.5 运放有限的带宽  48-50
    3.3.6 电容失配  50-52
第四章 流水线数模转换器的低功耗设计技术  52-60
  4.1 设计要求  52-55
    4.1.1 运算放大器的直流增益  52
    4.1.2 运算放大器的带宽  52-53
    4.1.3 电容失配  53
    4.1.4 噪声  53-54
    4.1.5 单级精度  54-55
  4.2 流水线模数转换器低功耗设计技术  55-59
    4.2.1 第一级无采样保持设计  55
    4.2.2 运算放大器共享技术  55-57
    4.2.3 后级电容按比例缩小技术  57-58
    4.2.4 功耗动态调整技术  58-59
  4.3 总结  59-60
第五章 低功耗流水线模数转换器的原型设计  60-74
  5.1 低功耗流水线模数转换器的顶层设计  60
  5.2 余量增益放大器  60-64
  5.3 运算放大器  64-69
  5.4 子模数转换器和比较器  69
  5.5 偏置电路  69-70
  5.6 时钟产生电路  70-71
  5.7 版图设计  71-72
  5.8 总结  72-74
第六章 仿真结果和芯片测试结果  74-84
  6.1 仿真结果  74-75
  6.2 芯片测试结果  75-82
  6.3 总结  82-84
参考文献  84-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  89

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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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