低功耗逐次逼近型模数转换器研究

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1、摘要摘要随着通信系统的迅猛发展和嵌入式系统的广泛应用，对模拟和数字部分的接121电路模数转换器(ADc)和数模转换器(DAC)的研究也越来越受重视。各种应用系统要求ADC具有高采样率，高精度和宽动态范围。在常见的ADC转换结构中，逐次逼近型模数转换器(SARADC)是中等至高等分辨率应用的首选结构，SARADC具有功耗低便于集成等特点，广泛应用于工业控制、数字电视和数据／信号采集等系统中。为了提高SARADC的工作速度，突破工艺限制，提高ADC采样率最直接有效的方法是多个ADC并行工作，这就是多通道时间交叉ADC(11AI)C)技术。论文详细分析了多通道时间交叉逐次

2、逼近型模数转换器中的各种非理想因素，根据系统要求确定了电路的整体架构和各个单元电路所采用的结构。针对多通道时间交叉ADC各种失配因素，论文在详细研究比较器失调的基础上，提出了一种新的比较器失调前台校准方法，该方法对前级放大器稳定性没有任何要求，对放大器的增益也没有严格的要求。同时论文在研究电容失配的基础上，提出了一种新的动态电容失配校准方法，该校准方法对于外部环境以及工艺的变化不敏感，电路可以根据实际情况动态的进行校准。对上述比较器失调校准电路和电容失配校准电路采用了中芯国际1．8V，O．181maCMOS工艺进行了仿真，仿真结果表明比较器可以校准的最小电压为0．0

3、315mV，对于峰峰值为lV的输入信号，实现了14比特精度。论文还采用动态比较器结构以及电阻分压和电容电量分配相结合的DAC来降低电路功耗，同时电阻分匝和电容电量分配相结合的DAC可以消除对单独的采样保持电路的需求。根据文中提出的校准方法，采用了低功耗设计方法设计了单通道10位2．5MHz采样率逐次逼近型ADC和16通道时间交叉SARADC，并采用了中芯国际0．180m单层多晶六层铝混合信号CMOS工艺进行了流片验证。测试结果表明，设计的单条ADC微分非线性(饼儿)为-O．9／．卜o．8LSB，积分非线性(INL)为．1．1／+1．3LSB，当采样率为2MHz，输入

4、信号频率为146．3KHz时，信噪比可以达到56．00dB，无杂散动态范围为66．56dB，整个ADC的功耗为3．557mW。时间交叉ADC的DNL为-0．59／+0．82LSB，INL为．0．6l／加．6LSB，当采样率为32MHz，输入信号频率为2．341MHz时，信噪比可以达到55．9608dB，无杂散动态范围为68．88dB。所设计的时间交叉ADC嵌入到数字解调系统中可以成功地接收到电视信号。关键词：多通道时间交叉模数转换器；比较器失调：电容失配；校准技术；低功耗；失调补偿ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofcommunicat

5、ionsandsystem-on-chip，Analog-to·DigitalConverter(ADC)andDigital—to-AnalogConvener(DAC)arewidelyusedin也einterfacecircuit．Theresearchonthemhasbecomemoreandmoreimportant．Ithasbeenanimportantresearchtopictogetgoodtrade·offbetweentheperformanceofADCssuch私speed，resolution,powerdissipationand

6、easy—to-integration．OfallkindsofADCs，SuccessiveApproximation(SAR)ADCisthemainarchitectureformedium-to-high-resolutionapplicationswithlowpowerdissipationandeasy—to-integration．SARADChasbeenwidelyappliedinindustrialcontrol，digitalTv，data／signalacquisitionandsoon．Inordertoincreasethesampl

7、ingrateoftheADCbeyondacertainprocesstechnologylimit，theeffectivewayistouseaparallelstructurewheremultipleADCscanbeplacedinanarrayinwhicheachADCsamplestheinputduringadifferentphaseandthedigitaloutputtakenfromeachADCarereconstructedindigitalform,thatis，muti-channeltime·interleavedADC(M