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14比特100兆采样/秒流水线模数转换器研究与设计

作　者: 范凯
导　师: 李章全
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 运算放大器 数字校准技术 LMS自适应算法 PN Dithering
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着数字信号处理技术的快速发展,无线通信系统日益发展,对应用于通信系统的模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)的性能要求也越来越高,本文主要研究与设计广泛应用于无线通信系统中的流水线模数转换器(pipeline ADC)。本文先简要介绍模数转换器的应用环境、分类、发展现状及趋势,研究了流水线式模数转换器的系统结构及主要性能参数,主要分析了引起流水线模数转换器性能参数的一些非理想因素;接着本文从电路模块讲述了流水线模数转换器的关键电路模块设计,主要包括运算放大器的研究与设计、比较器电路研究与设计及栅压自举开关的设计;整个14比特模数转换器的仿真结果显示,当无电容失配情况下,设计的电路SNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio)为77.65dB,SFDR (Spurious Free Dynamic Range)为90.71dB,当电容失配为0.1%情况下,设计的电路SNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio)为66.77dB,SFDR(Spurious Free Dynamic Range)为76.22dB。接着论文主要对模数转换器的数字校准算法作了研究,主要研究了两种主流的数字校准算法,一种是基于LMS(Least Mean Square)自适应算法的数字校准技术,另外一种是基于PN(Pseudo Noise)Dithering的数字校准技术,在MATLAB中建模仿真显示这两种算法都能使流水线模数转换器的有效位数ENOB(Effective Number of Bits)从8比特提高到12比特以上。完全符合应用要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 模数转换器研究背景和发展现状  10-12
  1.2 流水线模数转换器的研究意义  12
  1.3 本文的主要研究内容和组织结构  12-14
    1.3.1 课题研究目的  12
    1.3.2 研究范围  12-13
    1.3.3 本文结构  13-14
第二章 流水线模数转换器基本原理  14-23
  2.1 流水线模数转换器器基本架构  14-15
  2.2 流水线模数转换器器的性能参数  15-18
  2.3 流水线模数转换器器的数字校正原理  18-21
    2.3.1 子模数转换电路及失调分析  18
    2.3.2 小数比特数字校正原理  18-21
  2.4 本章小结  21-23
第三章 流水线式模数转换器的电路设计  23-44
  3.1 系统设计指标  23-26
    3.1.1 运算放大器增益设计指标  23-24
    3.1.2 运算放大器带宽设计指标  24-25
    3.1.3 采样电容值的选取  25-26
  3.2 采样开关电路的设计  26-27
  3.3 Flash ADC 电路的设计  27-32
    3.3.1 Flash ADC 整体系统电路的设计  27-28
    3.3.2 比较器电路的设计  28-30
    3.3.3 比较器电路的仿真结果  30-32
  3.4 余量增益电路（MDAC）的设计  32-41
    3.4.1 余量增益电路模块（MDAC）研究  32-35
    3.4.2 高速高带宽运算放大器电路设计  35-38
    3.4.3 高速高带宽运算放大器电路仿真结果  38-41
  3.5 14bit 100MS/s 流水线模数转换器整体仿真结果  41-42
  3.6 本章小结  42-44
第四章 数字校准技术研究  44-68
  4.1 高速高精度流水线模数转换器需要校准的原因  44-46
    4.1.1 运算放大器的有限增益  44-45
    4.1.2 运算放大器的有限建立时间和有限带宽  45
    4.1.3 电容匹配误差  45-46
  4.2 电容误差平均（CEA）校准技术研究  46-48
  4.3 数字校准技术概括  48-49
  4.4 基于LMS 自适应算法的后台数字校准技术研究  49-57
    4.4.1 最小均方误差（LMS）自适应系统原理  50-51
    4.4.2 基于最小均方误差（LMS）的数字校准原理  51-54
    4.4.3 基于LMS 的数字校准Simulink 模型及仿真结果  54-57
  4.5 基于PN dithering 的后台数字校准技术研究  57-66
    4.5.1 增益校准技术研究  57-59
    4.5.2 基于PN Dithering 的数字校准技术研究  59-63
    4.5.3 基于PN Dithering 数字校准的建模与仿真  63-66
  4.6 本章小结  66-68
第五章 结论与展望  68-70
  5.1 主要工作与创新点  68-69
  5.2 后续研究工作  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  74-76

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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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