一种14位逐次逼近模数转换器设计论文

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1、一种14位逐次逼近模数转换器的设计A14-bitSuccessiveApproximationRegisterAnalogtoDigitalConverter学科专业：微电子学与固体电子学研究生：杨明指导教师：赵毅强教授天津大学电子信息工程学院二零一二年十二月独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的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的

2、任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要模数转换器电路可实现模拟量到数字量的转换，是混合信号集成电路与系统的重要组

3、成部分，已经广泛应用于便携式设备、工业控制等领域。逐次逼近型模数转换器（SARADC）由于其具有结构简单、功耗较低，转换速率适中和低温性能好等综合优势，成为红外探测器低温读出电路的核心模块。同时成像系统对ADC转换精度的要求不断提高，受芯片制造过程中电容匹配精度的影响，12位以上的SARADC需要进行数字校准。本文针对一种用于面阵红外探测器读出电路的14位SARADC开展设计。论文详细介绍了ADC的系统架构、工作原理和评价指标，系统分析了SARADC的非理想因素，提出了一种可以分辨正负误差电压的数字校准算法。本设计

4、主要分为三个部分：（1）DAC采用三段式电容阵列，使用的单位电容仅为96个，节省了芯片的面积，采用特定的时序获取校准码，通过校准码可实现-5mV5mV的电压补偿量程，通过设计校准DAC，可实现20uV的补偿精度；（2）使用两款比较器相互配合，提高了本设计的SARADC的校准精度和转换速度。其中，用于获取校准码的比较器可以有效分辨20uV的电压差，用于数据转换的比较器可以在39ns的时间内分辨75uV的电压差；（3）版图设计时考虑了主DAC和校准DAC中电容的匹配，通过良好的隔离，确保校准DAC准确地获取校准码，有

5、效地提高了ADC的精度。论文工作对电路进行了前仿真，完成了电路的版图设计并进行了后仿真工作。本文设计的SARADC采用charted0.35um2P4M的工艺进行设计，芯片的版图面积为2.332mm×2.975mm。后仿结果表明，本设计的SARADC在500kS/s的采样率下其DNL在-11.2LSB区间范围内，INL在-5.31.1LSB区间范围内，SNDR为76.49dB，有效位数为12.4位。关键词：逐次逼近模数转换器数字校准比较器AbstractTheconversionbetweenanalogsig

6、nalanddigitalsignaliscompletedbyanalog-to-digitalconverter(ADC),whichisanimportantpartofthemixed-signalintegratedcircuitsandsystems,hasbeenwidelyusedinportabledevices,industrialcontrolandotherfields.Duetoitscomprehensiveadvantagesofsimplestructure,lowerpowerco

7、nsumption,andmoderateconversionrateandlowtemperatureperformance,successiveapproximationanalog-to-digitalconverter(SARADC)hasbeenthecoremoduleoftheinfrareddetectorcryogenicreadoutcircuit.BecauseoftheincreasingdemandsforADCs'accuracyinimagingsystemandaffectionby

8、thecapacitancematchingaccuracyatthechipmanufacturingprocess,digitalcalibrationisnecessaryfortheSARADCwhoseaccuracyismorethan12bit.Inthispaper,adesignof14-bitSARADCforplanararrayinf