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一种适用于视频处理的模数转换器

作　者: 彭弢
导　师: 叶星宁
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 流水线模数转换器采样保持电路跨导运算放大器
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 243次
引　用: 2次
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内容摘要

本文在分析比较了各种模数转换器(ADC)的结构特点后,并通过在MATLAB下进行的流水线ADC 的系统级仿真分析后,采用流水线结构完成了一个10 位20 兆赫兹采样频率的模数转换器的电路与版图设计,此电路是电视视频解码处理芯片的前级处理部分,完成模拟电视信号的采样功能。本设计为兼顾模数转换器的速度和精度,采用数字校正技术,以每级1.5 位的9 级流水线结构实现。输入端的采样保持电路和后续的级电路中的OTA 输入输出共模电压均相同非常便于其作为流水线ADC 的子模块使用,这得益于针对本课题指标所设计的折叠级联(folded cascade)跨导运算放大器(OTA),采用该经过优化的OTA 可以获得高速、高增益、大输出摆幅。仿真表明,这种结构的全差分OTA 在面积、功耗以及建立时间上都适用于本课题的性能要求。为了降低电路功耗,级电路设计中根据1.5 位流水线结构对精度要求的特点,采用了没有直流功耗的动态比较器,使得功耗和版图尺寸得以缩小。在版图的设计中,针对OTA 电路中的差分结构,其输入管采用对称交叉结构以减小工艺带来的失调误差。此电路在上华(CSMC)的0.6μm2P2M CMOS工艺下采用全定制设计,总面积为1500*1500μm~2。本课题的所有电路模块均通过了软件仿真验证,在此基础上对整个电路进行仿真的结果说明,所设计电路性能基本上达到视频处理的指标要求:电源电压为5V、分辨率10 位、采样频率20MHz,差分输入电压范围?1V~+1V,在20MHz 频率下工作时,整个电路功耗为69.4mW。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章引言  8-12
  1.1 课题目的和背景  8-9
  1.2 国内外的研究进展  9-11
  1.3 论文的安排  11-12
第二章流水线 ADC 的架构  12-24
  2.1 模数转换基础  12-13
  2.2 流水线模数转换器的原理  13-15
  2.3 流水线模数转换器的结构  15-24
    2.3.1 常用模块电路的分析  15-16
    2.3.2 每级1 位的流水线模数转换器的性能分析  16-18
    2.3.3 每级1.5 位的流水线模数转换器的性能分析  18-22
    2.3.4 系统级电路架构分析  22-24
第三章流水线 ADC 的电路设计  24-52
  3.1 开关电容电路原理  24-25
    3.1.1 底极板采样技术  24-25
    3.1.2 开关电容电路原理  25
  3.2 采样保持电路  25-33
    3.2.1 采样保持电路设计  26-28
    3.2.2 采样保持模块的误差分析  28-33
    3.2.3 MOS 开关  33
  3.3 OTA 的设计  33-39
    3.3.1 电路结构分析  34
    3.3.2 电路说明  34-39
  3.3 级电路设计  39-46
    3.1.1 余量增益电路  39-42
    3.1.2 子ADC  42
    3.1.3 比较器的设计  42-45
    3.1.4 子DAC  45-46
  3.4 两相不交叠时钟  46-48
  3.5 校正电路  48-52
第四章流水线 ADC 的版图设计  52-60
  4.1 工艺介绍  52-53
  4.2 版图设计  53-60
    4.2.1 数模混合设计要点  53-54
    4.2.2 整个ADC 的布局安排  54-55
    4.2.3 各模块的版图设计  55-60
第五章流水线 ADC 的仿真分析  60-67
  5.1 ADC 电路单元的仿真  60-65
    5.1.1 采样保持电路  60-61
    5.1.2 增益级子电路  61-62
    5.1.3 比较器  62-63
    5.1.4 数字电路部分  63-65
  5.2 ADC 整体仿真  65-67
第六章结论与展望  67-68
参考文献  68-70
致谢  70-71
个人简历、在学期间的发表的学术论文  71

一种适用于视频处理的模数转换器

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