基于0.13μm CMOS工艺脉冲超宽带系统中高速低功耗ADC研究与设计.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又基于0．13proCMOS工艺脉冲超宽带系统中高速低功耗ADC研究与设计作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：王峥电路与系统黄鲁副教授二零一四年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeHighspeedandLowpowerA／DConverterDesignandResearchforIR—-UWBSystemBasedonOill311mCMOSTechnologyAuthor’SName：Sp

2、eciality：一Supervisor：Finishedtime：ZhengWangCircuitsandSystemsA．Prof．LuHuangMay，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：至塑皇签字日期：兰!!!室鱼旦三日中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥

3、有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。哩仫开口保密(——年)作者签名：量聋导师签名：签字日期：兰!!±垒5笪呈日签字日期：型丝窒墨复三目摘要伴随着通信网络的迅猛发展，人们对于移动互联的需求渐渐增多，同时愈来愈希望可以随时随地高效率地获取信息资源，在这种背景

4、下短距离无线网络技术逐渐成为研究热点。超宽带技术作为一种短距离无线传输手段，具有低的频谱密度、低功耗、低成本和高速率等优点，在移动终端、通信、计算机等领域显示出广泛的应用前景。基于脉冲超宽带体制，本文设计了一款应用于射频接收机与数字基带之间的高速低功耗模数转换器(ADC)。脉冲超宽带系统采用窄脉冲信号(通常达到纳秒级)传输数据。信号本身具有极高瞬时信噪比且在时域上被高度压缩，为此我们采用低位宽取样接收处理方案。所谓低位宽取样接收处理方案，即是对接收到的窄脉冲先进行1～2比特的乃奎斯特采样量化，继而在数字基带中完成信号的接收解调工

5、作。前期的理论研究结果表明在加性高斯白噪声信道中，相对于全精度匹配滤波的最佳接收方案，选用单比特采样接收方法的信噪比损失只有2dB。这在脉冲超宽带系统的整体设计上是可以被接受的，所以本次工作所设计的ADC分辨率取单比特。另外脉冲超宽带系统要求ADC采样速率不低于2Gsps，因此本次工作所完成的是一个单比特、采样速率为2Gsps的高速低功耗ADC。根据脉冲超宽带系统所要求的电路指标，同时比较几种典型模数转换器的结构与性能，我们得出结论：全并行式ADC因其结构简单、采样速率快等特点，成为了脉冲超宽带系统中ADC结构的理想选择。本次工

6、作所设计的ADC采用非时间交替的全并行结构而无需额外增加通道失配校准电路。为了满足超宽带系统对于ADC高速低功耗的要求，我们模拟部分的电路结构采用了差分低摆幅的电流模式的逻辑。另外为解决高速ADC与较低速的数字基带电路之间传输速率不匹配的问题，我们设计出并行数据降速电路将ADC高速串行输出数据转换成500Mbps的并行数据。本次设计的芯片最终采用TSMC0．13umCMOS工艺实现流片。芯片最终测试结果表明该ADC芯片最高采样率达到2．5Gsps，单比特模数转换器最小分辨率为10mV。芯片核心电路面积为0．72mill2，在1．

7、2V电源供电下消耗功耗42mW。关键词：超宽带；模数转换器；低摆幅；高速；低功耗摘要IIAbstractWiththerapiddevelopmentofinformationtechnology,thedemandformobilecommunicationsisgraduallyincreasing．Atthesametimepeoplearemoreeagertobeabletoaccesstoinformationresourceefficiently．Inthiscontexttheshort—rangewireles

8、snetworktechnologygraduallybecomeahotresearchtopic．Asthemeansofshort—rangewirelesstransmission，Ultra-widebandcommunicationtechnolog