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低中频数字接收机的模数转换器的设计

作　者: 叶荣科
导　师: 张世林
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 数字接收机 低中频 A/D转换器 增益提高运放 高速比较器
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 69次
引　用: 1次
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内容摘要


随着无线通信技术的高速发展,越来越多的无线收发信号机功能适合采用数字技术设计和实现,因为数字技术相比较模拟技术具有很大的优越性,主要表现在处理精度高,灵活性好,功耗低,抗干扰能力强等方面。广泛应用于GPS接收机、电视接收机等通信系统中的低中频数字接收机即是一例。数字接收机要求采用高速高精度的A/D转换器,因此高性能的A/D转换器成为无线接收机数字化的关键。本论文设计了一款用于低中频数字接收机的低功耗流水线A/D转换器,其转换精度为10bits,采样频率为80MHz。论文详细介绍了流水线A/D转换器系统的误差来源、误差校正技术及关键电路设计。同时简要分析了流水线A/D转换器在低功耗、高速高精度方面的优势,以及该结构本身的一些缺点。该A/D转换器采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,在Cadence中完成了全差分增益提高运算放大器、采用保持电路、精确乘2电路、新型带前置运放的高速比较器、两相不交叠时钟产生电路以及数字校正电路等模块的设计与仿真。设计中主要从以下两个方面降低了系统的功耗:一是,采用电荷翻转型采样保持电路,最小化采样保持级的噪声和功耗;二是,采用采样电容逐级递减的方法,逐级降低各级运算放大器的要求,减小功耗;同时为了提高系统的精度,采取了以下两方面的措施:一是,采样保持级的采样开关采用高线性的栅压自举开关,提高了系统的线性度和减小系统的失真;二是,通过设计一种新型的带前置运放的高速比较器和时序上的改进,消除了比较器的回踢噪声和减小比较器的失调电压。完成电路的设计与仿真之后,基于SMIC 0.18μm 1P6M MMRF (1.8V) Process进行A/D转换器的版图设计、验证及参数提取和后仿真,并即将流片。针对混合信号版图设计,论文中叙述了一些需要仔细考虑的问题和相应解决方法与措施。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 数字接收机概述  7-8
  1.2 数字接收机的几种结构  8-11
    1.2.1 零中频结构  8-9
    1.2.2 低中频结构  9-10
    1.2.3 中频结构  10
    1.2.4 射频结构  10-11
  1.3 论文结构  11-12
第二章 A/D 转换器概述  12-29
  2.1 A/D 转换器的主要特性参数  12-21
    2.1.1 静态特性  12-16
    2.1.2 频率特性  16-21
  2.2 高速A/D 转换器结构  21-29
    2.2.1 Flash A/D 转换器  21-22
    2.2.2 两步A/D 转换器  22-24
    2.2.3 内插式A/D 转换器  24-25
    2.2.4 折叠式A/D 转换器  25-26
    2.2.5 流水线A/D 转换器  26-29
第三章 流水线A/D 转换器系统分析  29-44
  3.1 流水线A/D 转换器电路分析  29-33
    3.1.1 速度分析  29-30
    3.1.2 功耗分析  30-32
    3.1.3 每级1.5 位结构  32-33
  3.2 流水线A/D 转换器的误差分析  33-38
    3.2.1 比较器失调  34
    3.2.2 增益误差  34-35
    3.2.3 电容匹配误差  35-36
    3.2.4 sub-DAC 的非线性误差  36
    3.2.5 时钟抖动  36-37
    3.2.6 电荷注入  37-38
    3.2.7 时钟馈通  38
  3.3 误差校正技术  38-42
    3.3.1 电容失配的模拟校正技术  38-40
    3.3.2 比较器失调的数字校正  40-42
  3.4 流水线A/D 转换器的优缺点  42-44
第四章 流水线A/D 转换器的电路设计  44-69
  4.1 A/D 转换器的整体结构  44-45
  4.2 采样保持电路的设计  45-55
    4.2.1 下极板采样技术介绍  45-46
    4.2.2 电路结构的选取  46-47
    4.2.3 自举开关的设计  47-50
    4.2.4 运算放大器的设计  50-53
    4.2.5 共模反馈电路的设计  53-55
  4.3 精确乘2 电路设计  55-58
  4.4 比较器的设计  58-63
  4.5 其他电路模块的设计  63-66
    4.5.1 两相不交叠时钟的设计  63-64
    4.5.2 Sub-DAC 设计  64-65
    4.5.3 最后一级DAC 设计  65
    4.5.4 数字校正电路设计  65-66
  4.6 A/D 转换器的仿真结果  66-69
第五章 混合信号的版图设计  69-76
  5.1 版图设计的基本问题  69-72
    5.1.1 匹配问题  69-71
    5.1.2 负载问题  71
    5.1.3 耦合问题  71-72
  5.2 A/D 转换器的版图设计  72-76
    5.2.1 芯片的总体布局  72-73
    5.2.2 版图实现  73-76
第六章 总结及未来工作展望  76-77
参考文献  77-80
致谢  80

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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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