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用于数字电源的并行模数转换器的研究与设计

作　者: 牛祺
导　师: 周锋
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 窗口型并行ADC 数字电源 电阻均衡 面积优化
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


最近几年,数字电源异军突起,引起了人们的广泛关注。与模拟电源相比,数字电源有许多优势：更高的系统可靠性、灵活性和易于集成。数字电源中的ADC用来采样输出电压,然后反馈回数字控制电路,对电压波动进行调节。与传统ADC相比,数字电源应用对ADC的参数指标有特殊要求。ADC的绝对精度要求很高,转换延迟时间要小。而一般ADC的传统应用,如信号处理,对数据吞吐率要求最高,对直流偏移量和转换时间有较大容忍度。因此传统ADC不适合数字电源应用,必须专门设计新型电路以符合数字电源的需求,并且ADC性能优劣的评价标准与传统亦有较大区别。适用于数字电源的新型ADC有若干种,本文的研究对象是窗口型FlashADC,其优点是结构简单,受工艺偏差影响小,性能稳定。本文的特色,一是提出了一种解决电阻均衡网络终端问题的新电路,二是提出了一种优化多级预放大器输入管面积的方法,在总体输入失调不变的前提下,能够使各级输入管面积之和最小,从而降低其栅电容对前级的负载效应。电路采用特许半导体0.35 um工艺设计。后仿真结果表明,当输入正弦信号频率为2.041015625 MHz,时钟频率为20MHz时,SNR为20.92 dB,SNDR为20.03 dB。与SNR的理论值22.6 dB相比,仅损失1.7 dB。测试结果表明,DNL和INL的3σ值是分别是0.96 LSB和0.81 LSB,均小于1 LSB,完全满足设计要求。动态性能方面,当信号频率为1 MHz,时钟频率20 MHz时,SNR=18.9 dB,SNDR=16.9 dB,满足设计指标。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章 绪论  6-11
  1.1 模数转换器概述  6-7
  1.2 模数转换器的发展趋势  7-8
  1.3 本论文的研究内容和目的  8-11
    1.3.1 数字电源对ADC性能的新要求  9
    1.3.2 本文ADC的设计难点  9-11
第二章 模数转换器理论基础  11-20
  2.1 模数转换器基本原理  11-13
  2.2 ADC的性能参数  13-16
    2.2.1 静态参数  13-14
    2.2.2 频域动态参数  14-15
    2.2.3 其他参数  15-16
  2.3 并行(Flash)ADC  16-20
    2.3.1 各个模块的设计考虑  17-18
    2.3.2 内插技术  18-20
第三章 用于数字电源的ADC结构分析  20-44
  3.1 数字电源对ADC的要求  20-21
  3.2 ADC性能指标比较  21-23
  3.3 本文设计的窗口型Flash ADC  23-25
  3.4 几种常用的降低offset技术  25-29
    3.4.1 增大MOS管面积  26-27
    3.4.2 自动调零技术  27-28
    3.4.3 斩波稳定技术  28-29
    3.4.4 小结  29
  3.5 电阻均衡网络  29-41
    3.5.1 冲激响应  33
    3.5.2 输入激励  33-34
    3.5.3 误差校正系数(ECF)  34-35
    3.5.4 边界问题与终端电路  35-41
  3.6 面积优化算法  41-44
第四章 ADC模块设计  44-67
  4.1 预放大器  44-52
  4.2 反馈运放  52-55
  4.3 电阻串的阻值  55-57
  4.4 电阻串电流偏置  57-58
  4.5 模拟电路部分的噪声约束  58-60
  4.6 比较器  60-62
  4.7 数字编码电路  62-67
    4.7.1 模数转换温度计码中的火花码  62-63
    4.7.2 所采用的数字编码电路  63-64
    4.7.3 比较器的亚稳态  64-67
第五章 ADC实现与整体仿真测试  67-87
  5.1 版图设计  67-70
    5.1.1 版图设计的考虑因素  67-68
    5.1.2 ADC的版图设计  68-70
  5.2 前仿真  70-74
    5.2.1 直流失配  70-71
    5.2.2 瞬态分析  71-72
    5.2.3 频域分析  72-74
  5.3 后仿真  74-79
    5.3.1 瞬态分析  74-78
    5.3.2 频域分析  78-79
  5.4 ADC的测试  79-84
    5.4.1 测试环境  79-80
    5.4.2 静态参数测试  80-83
    5.4.3 动态参数测试  83-84
  5.5 结果讨论  84-87
第六章 总结  87-89
致谢  89-90
参考文献  90-93

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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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