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流水线ADC的采样保持电路及MDAC电路设计

作　者: 孙园杰
导　师: 朱樟明
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 高速采样保持 MDAC BiCMOS
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

流水线模数转换器(ADC)能够在速度、功耗、面积上获得较好的折衷,成为高速高精度ADC应用中的主流结构。采样保持电路及增益数模单元(MDAC)电路作为流水线ADC的重要组成模块,是学术界与工业界研究的热点。论文对流水线ADC的采样保持电路及MDAC电路进行了研究。基于上海先进(ASMC) 0.35μm 3.3V/5.0V BiCMOS工艺,采用无采样保持运算放大器(SHA-less)结构,设计实现了适用于14位80MHz流水线ADC的集成化采样保持功能的3位第一级MDAC电路。论文在分析采样保持电路及MDAC电路系统结构的基础上,完成了MDAC电路的设计,重点设计了两级BiCMOS全差分运算放大器及其开关电容共模反馈电路、BiCMOS输入缓冲器以及栅压自举开关等电路。仿真结果表明,所设计的两级全差分运算放大器的直流增益为118dB,单位增益带宽为1.65GHz,相位裕度为59°。当采样频率为80MHz,输入信号为8.515625MHz时,MDAC的SNDR约为73.3dB,SFDR约为78.2dB,有效精度约为12位,满足14位流水线ADC第一级MDAC电路的系统要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-10
  1.1 概述  8
  1.2 国内外研究现状  8
  1.3 论文的结构安排  8-10
第二章流水线ADC研究  10-22
  2.1 典型ADC结构  10-14
    2.1.1 全并行(Flash)ADC  10-11
    2.1.2 两步式ADC  11-12
    2.1.3 折叠式(Folding)ADC  12-13
    2.1.4 流水线ADC  13
    2.1.5 逐次逼近型ADC  13-14
  2.2 流水线ADC基础  14-16
    2.2.1 流水线ADC的工作原理  14-15
    2.2.2 每级流水线的位数  15-16
  2.3 ADC的性能参数  16-19
    2.3.1 静态参数  16-18
    2.3.2 动态参数  18-19
  2.4 小结  19-22
第三章采样保持电路及MDAC电路  22-40
  3.1 流水线ADC的采样保持  22
  3.2 MDAC电路结构  22-28
    3.2.1 MDAC电路结构  22-27
    3.2.2 MDAC的位数对线性度的影响  27-28
    3.2.3 MDAC中采样电容的取值与逐级减小  28
  3.3 SHA-less结构  28-30
    3.3.1 SHA-less结构的优势  28-30
    3.3.2 SHA-less结构的挑战  30
  3.4 非理想效应及其影响  30-38
    3.4.1 电荷注入  31-34
    3.4.2 时钟馈通  34
    3.4.3 沟道电阻  34-36
    3.4.4 电容失配  36-37
    3.4.5 热噪声  37-38
  3.5 小结  38-40
第四章运算放大器设计  40-58
  4.1 运放参数对系统性能的影响  40-43
    4.1.1 运算放大器的有限增益  40-41
    4.1.2 运算放大器的有限增益带宽积  41-43
    4.1.3 其他参数  43
  4.2 结构选取  43-49
    4.2.1 套筒式共源共栅运算放大器  43-46
    4.2.2 折叠共源共栅运算放大器  46-47
    4.2.3 两级运算放大器  47-49
  4.3 全差分运放的电路实现  49-56
    4.3.1 电路分析  49-52
    4.3.2 共模反馈  52-54
    4.3.3 仿真结果  54-56
  4.4 小结  56-58
第五章电路实现  58-70
  5.1 输入缓冲器  58-59
    5.1.1 输入缓冲器的必要性  58-59
    5.1.2 输入缓冲器电路及工作原理  59
  5.2 第一级MDAC电路实现  59-61
    5.2.1 MDAC电路的工作原理  60
    5.2.2 MDAC的传输函数  60-61
  5.3 开关的设计和优化  61-64
    5.3.1 NMOS开关  61-62
    5.3.2 CMOS开关  62-63
    5.3.3 栅压自举开关  63-64
  5.4 非交叠时钟产生电路  64-65
  5.5 仿真结果  65-69
    5.5.1 输入缓冲器仿真  65-66
    5.5.2 栅压自举开关电路仿真  66-67
    5.5.3 非交叠时钟产生电路仿真  67
    5.5.4 MDAC整体仿真  67-69
  5.6 小结  69-70
第六章总结与展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
研究成果  76-77

流水线ADC的采样保持电路及MDAC电路设计

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