高性能cmosmdac设计研究

《高性能cmosmdac设计研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高性能CMOSMDAC设计研究作者姓名陈新乐导师姓名、职称朱樟明教授一级学科电子科学与技术二级学科微电子学与固体电子学申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10701学号1211122723分类TN82号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文高性能CMOSMDAC设计研究作者姓名：陈新乐一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：朱樟明教授提交日期：2014年11月AStudyofHighPerformanceCMOSMDACAth

2、esissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicScienceandTechnologyByChenXinleSupervisor:Prof.ZhuZhangmingNovember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了

3、文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志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了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅

4、论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要在过去20年，硅集成电路发展迅猛，由于晶体管的最小沟道长度不断变小，晶体管的速度越来越快。集成电路工艺的发展促使工业界数字电路发生巨大变化。由于集成电路制造技术的进步，很多模拟电路已经被数字电路取代。尽管有这样的趋势，模数转换器(ADC)仍然在现今的电子电路系统中发

5、挥着很重要的作用，原因是自然界大部分都是模拟信号，需要借助ADC转换成数字信号，从而进行后续的数字信号处理。流水线ADC在速度，精度和功耗方面有着较好的折衷，所以在高速高精度的场合应用广泛，例如无线通讯，高清电视，图像处理，数字通讯等。增益数模单元(MDAC)是流水线ADC的重要电路模块，其精度和速度制约整个ADC的系统性能。本文对高速高精度流水线型ADC的MDAC电路进行了顶层架构分析和底层电路设计。通过对14位高速流水线ADC系统架构的分析，确定了采用SHA的六级流水级结构，第一级MDAC的有效位数为

6、3位，后四级MDAC电路的有效位数为2位，最后一级Flash有效位数为3位。重点介绍了MDAC的工作原理和典型电路，对MDAC中存在的误差和非理想效应进行分析，并给出对应的解决方法，从而为后续设计MDAC打下基础。噪声是影响ADC性能的一个重要因素，通过对量化噪声和热噪声的分析，确定了满足ADC精度要求的第一级MDAC采样电容。本论文中的ADC是一款高速高精度的ADC，通过对静态误差和动态误差的分析，位于流水线前端的第一级MDAC的运算放大器需要超高带宽和增益，为了降低第一级MDAC运算放大器的设计难度和

7、功耗，本论文提出一种摆幅缩减技术，降低了第一级MDAC的级间增益，从而增加了第一级MDAC的反馈因子，使得第一级MDAC的运算放大器的带宽和增益要求都降为原来的一半。运算放大器是ADC的关键模块，为了提高ADC的速度和精度，设计了一种高带宽高增益的运算放大器。参考电平为ADC提供比较器的比较电平和MDAC作差时所需电平，为了使MDAC中的运算放大器有更多的时间去建立，参考电平的建立速度必须越快越好，为了获取建立速度参考电平电路的功耗较大，本论文通过对整个流水线各流水级算法的精心设计，使得整个流水线只采用一

8、个参考电压（VREF），另外一个参考电压为地（GND），从而节省了整个流水线的功耗。论文采用SMIC0.18μm1.8VCMOS工艺，对第一级MDAC以及其中的模块进行仿真验证，仿真结果表明：高增益高带宽运算放大器开环直流增益为92.02dB，闭环-3dB带宽为1.2GHz，此处相位裕度为61.5º，单位增益带宽为3.43GHz。第一I西安电子科技大学硕士学位论文级MDAC在输入频率为10.7421875MHz，输入信号的峰峰