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12位高速高精度ADC的研究与设计

作　者: 骆川
导　师: 李跃进
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 流水线ADC 运算放大器 数字校正 MDAC 时钟提升
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 105次
引　用: 2次
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内容摘要


随着电子科学技术的快速发展,模数转换器(ADC)作为连接模拟信号和数字信号之间的桥梁,其作用已经日益显著。而在实现高速高精度ADC的各种结构中,流水线结构是最常用的。本文研究设计了一个精度为12位,采样频率为100MHz的流水线ADC,主要完成了该ADC中总体结构的设计、各级子ADC、乘法模数转换器(MDAC)、数字校正电路、采样保持电路等主要单元的设计。在总体结构设计中,采用了与传统结构有所不同的2.5位／级、1.5位／级和1位／级结构相结合的设计方案,通过最后一级的1位输出来对第10级的最低位进行数字校正,从而有效地保证了所有输出数字信号的正确性。在具体的电路设计中,主要研究设计了一个开关电容比较器、一个两级运算放大器、数字校正电路和一个时钟提升电路。其中运算放大器的设计对传统的两级运算放大器进行了改进,在得到很高的增益和带宽的同时也克服了两级运算放大器速度比较慢的缺点；在数字校正电路的设计中,采用串行进位和超前进位结合的方式设计了一个加法器,在提高运算速度的同时也没有使加法器的结构变得过于复杂；时钟提升电路和辅助时钟的使用减小了采样开关的导通电阻和沟道电荷注入效应。采用0.35μm BiCMOS工艺模型,电源电压为3.3V,使用Cadence下的Spectre工具对各单元电路和系统进行了仿真,结果表明各个单元电路均达到了整体性能的要求,对电路的整体仿真结果可以达到12位的精度和100MHz的采样频率。研究结果说明了本文的设计模型是正确的,研究结果具有一定的理论价值和较大的应用前景。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 课题的目的与意义  7-8
  1.2 国际国内发展状况  8-9
  1.3 本文的章节安排和主要工作  9-11
第二章 模数转换器概述  11-19
  2.1 ADC的基本原理  11-12
  2.2 ADC的分类  12-16
    2.2.1 全并行ADC  12-13
    2.2.2 两步式ADC(Two-Step Flash ADC)  13-14
    2.2.3 逐次逼近型ADC  14
    2.2.4 流水线ADC  14-15
    2.2.5 过采样∑-△ADC  15-16
  2.3 ADC的主要性能参数  16-19
    2.3.1 静态性能参数  16-18
    2.3.2 动态性能参数  18-19
第三章 流水线ADC的总体结构设计  19-31
  3.1 流水线ADC的结构和工作原理  19-21
  3.2 流水线ADC的整体结构的确定  21-25
    3.2.1 级数及每级位数的确定  21-23
    3.2.2 采样保持电路结构的选择  23-24
    3.2.3 MDAC基本结构的确定  24-25
  3.3 流水线ADC中的数字校正技术  25-31
第四章 流水线ADC中关键单元电路的实现  31-63
  4.1 采样保持电路的设计  31-35
  4.2 第一级2.5位/级的实现  35-52
    4.2.1 2.5位子ADC的结构  35-37
    4.2.2 子ADC中比较器的电路设计  37-40
    4.2.3 第一级编码电路的实现  40-41
    4.2.4 2.5位MDAC结构的实现  41-44
    4.2.5 2.5位MDAC中运算放大器的设计  44-47
    4.2.6 共模反馈电路的设计  47-49
    4.2.7 时钟提升电路的设计  49-52
  4.3 第二级1.5位/级的实现  52-55
    4.3.1 1.5位子ADC的实现  52-53
    4.3.2 1.5位MDAC的实现  53-54
    4.3.3 1.5位MDAC中运算放大器的设计  54-55
  4.4 流水线ADC其余各级的实现  55-56
  4.5 时钟电路的设计  56-57
  4.6 带隙基准  57-58
  4.7 延迟对准单元和数字校正电路的设计  58-63
    4.7.1 延迟对准单元的设计  59-60
    4.7.2 数字校正电路的设计  60-63
第五章 电路的仿真与分析  63-75
  5.1 运算放大器的仿真与分析  63-65
  5.2 比较器的仿真  65-66
  5.3 MDAC的仿真  66-68
    5.3.1 第一级MDAC的仿真  66-67
    5.3.2 第二级MDAC的仿真与分析  67-68
  5.4 时钟提升电路的仿真  68-69
  5.5 电路的总体仿真  69-72
  5.6 版图的设计  72-75
第六章 结论与展望  75-77
致谢  77-79
参考文献  79-83
研究成果  83-84

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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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