高性能流水线ADC中数字校准算法的研究.pdf

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1、高性能流水线ADC中数字校准算法的研究ResearchontheDigitalCalibrationAlgorithmofHigh—performancePipelinedADC2011年4月§’．--n‘卜．^5l▲-_罗。◆，}r}-阻落猡嗨擎*II-厂。‘合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。主委答辩委员会签名：(工作单位、职称)教授副教授彦状梁齐合肥工业大学副教授出导师：尹勇生合肥工业大学副教授学大业技工科巴习攀胆国厶谚1中武镌斌独创性声明本人声明所鼍

2、交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，．II‘不包含为获得金月巴工些盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同：基对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：苦甩仗签字日期：20f1年仟月／z日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金月里王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有荚部『J或机构送交论文的复印件和磁盘，允许

3、论文被查阅或借阅。本人授权金自里王些太翌一可以将学位论文的全部或部分论文内容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。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：艺R彳敛．导师签名：签字日期：勘’＼年午月JL19签字日期加lf年岬月la、且学位论文作者毕业后去向：I：作单侮：通讯地址：电话：邮编：高性能流水线ADC中数字校准算法的研究摘要在SOC时代，工艺演进使芯片系统可以高度集成，也给模拟电路的设计带来了巨大挑战：供电电压持续降低；工艺特征尺寸按比例缩小，晶

4、体管的本征增益也随之减小；电容的匹配性也随之变差。与此同时，高速、高精度ADC的需求却对电路设计提出了更高的要求，因此在模拟电路设计中引入数字增强设计技术成为一种趋势。借助数字校准技术可以突破lC工艺上的物理限制保证ADC的性能指标，同时在可靠性、灵活性以及成本方面有很大优势。本文以影响流水线ADC系统性能的误差为研究重点。首先根据流水线ADC的基本理论，详细分析了影响ADC系统性能的各种误差源，并且给出了ADC系统的性能参数指标；其次，在上述理论分析的基础上将对系统性能起关键作用的误差分为两大类一一流水级

5、子ADC的比较器误差以及MDAC的误差。对于子ADC的比较器误差，采用冗余位校正电路进行校正；对于MDAC的误差，则在行为级进行建模，利用内插法数字校准算法在数字域进行校准。论文最后完成了冗余位数字校正电路的实现。利用C语言平台以及MATLAB对校准MDAC误差的数字校准算法进行了行为级仿真。仿真结果表明，采用传统的数字校准算法校准误差，需要的校准周期很长，需要6×109个时钟周期才能跟随实际误差，而且精度较差；而采用内插法，则只需要5X108个时钟周期就能跟随实际误差，且精度很高。与未采用数字校准算法的流

6、水线ADC系统相比，采用内插法能将系统的有效位数ENOB从10．71bit提高到13．94bit，SFDR从87．58dB提高到109．45dB，极大提高了系统性能。最后，基于Chartered0．181-lm工艺，完成了冗余位数字校正电路的实现，仿真结果表明，其能正确实现冗余位校正的功能。关键词：流水线ADC；误差；冗余位校正；数字校准；内插法ResearchontheDigitalCalibrationAlgorithmofHigh—performancePipelinedADCABSTRACTTheh

7、ighintegrationofthechipsystemcausedbytechnologyevolution，leadsanalogcircuitdesignstounprecedentedchallengeintheSOCera：thesupplyvoltagelowering，theintrinsictransistorgaindecreasingandcapacitancematchingdeterioratingwithprocessfeaturesizesshrink．Meanwhile，th

8、edesignofhighspeedandhighprecisionADCdemandsabettercircuitdesign．Therefore，theintroductionofthedigitaldesigninanalogcircuitdesignisatendency．Digitalcalibrationtechniquescanhelpbreakthroughthephysicallimitatio