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14位80MSPS流水线结构模数转换器关键单元电路设计与研究

作　者: 车红瑞
导　师: 杨建红
学　校: 兰州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: A/D转换器采样/保持电路带隙基准互补Bipolar 流水线结构子ADC
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 83次
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内容摘要

片上系统(SOC)需要在单个硅片上实现模数混合集成。与数字系统工艺兼容、功耗面积等指标优化的高性能模数转换器(Anolog to Digital Converters,简写为ADC或A/D转换器),是片上系统中非常重要的单元,它实现了模拟电路与数字电路之间的联系。因此,高速、高分辨率、低功耗的A/D转换器的研究正日益受到重视。流水线结构模数转换器(Pipelined ADC)是一种研究和应用非常广泛的模数转换器,其结构本身并非属于基本模数转换器结构,但在精度、速度及功耗方面相对于其它类型都有很大的改进,是高速高精度领域的主要应用类型之一。本论文所设计的电路基于5V单电源供电的标准互补双极工艺;考虑到与标准CMOS数字电路的匹配,其数字输出电路设计为3.3V单电源供电。论文完成了5、5、4比特每级A/D转换器关键单元电路的设计,即14位高速(80MSPS)流水线ADC关键单元电路的设计,由这些单元电路实现的ADC具有精度高,速度快,功耗低等优点。论文着重针对以下关键电路开展设计和研究工作:采样保持电路的设计与研究,设计出了一种简单且有效的采样保持电路;设计了一个结构简单、性能优越的带隙基准电路;设计了一种折叠结构的子ADC,该子ADC不仅大大减少了比较器的个数,而且巧妙的实现了由格雷码向二进制的转换,使得电路更为简洁。利用Cadance模拟仿真软件,采用Zarlink 0.6μm互补双极工艺条件下的HJB参数模型对电路进行了模拟验证。结果表明:所设计的关键单元电路能够满足3级14位80MSPS流水线ADC的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-11
  1.1 研究背景及意义  8
  1.2 国际国内研究状况和进展  8-10
  1.3 论文写作安排  10-11
第二章流水线结构ADC基础  11-20
  2.1 模数转换典型技术简述  11-12
  2.2 流水线结构ADC的概念  12-13
  2.3 流水线结构ADC的性能特点  13-17
  2.4 流水线结构ADC的优缺点  17-18
  2.5 流水线结构ADC的实现方案  18-19
  2.6 流水线结构ADC的误差源  19-20
第三章流水线结构ADC单元电路介绍  20-39
  3.1 采样保持电路  20-25
    3.1.1 采样定理  20-21
    3.1.2 采样方法  21
    3.1.3 采样保持电路原理  21-23
    3.1.4 采样电容的选取  23
    3.1.5 采样保持电路中运放指标的计算  23-25
  3.2 带隙基准电路  25-30
    3.2.1 带隙基准电压源的基本工作原理  25-27
    3.2.2 基准电压源性能参数  27-30
  3.3 折叠结构ADC  30-39
    3.3.1 折叠结构分析  30-31
    3.3.2 折叠结构中的比较器  31-39
第四章流水线结构ADC单元电路设计与仿真结果  39-62
  4.1 采样/保持电路的设计与仿真结果  39-43
    4.1.1 采样/保持电路结构设计  40-41
    4.1.2 运算放大器及输出缓冲器的设计  41
    4.1.3 采样/保持电路仿真结果及分析  41-43
  4.2 带隙基准的设计与仿真结果  43-53
    4.2.1 电路说明  43-44
    4.2.2 高性能带隙基准的核心电路  44-46
    4.2.3 运算放大器的设计  46-47
    4.2.4 RC滤波电路  47-48
    4.2.5 屏蔽电源干扰电路  48
    4.2.6 高性能带隙基准电压源电路仿真及结果分析  48-53
  4.3 子ADC的设计与仿真结果  53-62
    4.3.1 折叠单元的设计与仿真  53-56
    4.3.2 比较器的设计与仿真  56-58
    4.3.3 子ADC的设计与仿真  58-62
第五章结论与展望  62-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
攻读硕士期间取得的研究成果  66

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