高速高精度流水线ad转换器设计研究

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1、高速高精度流水线A/D转换器设计研究作者姓名金昌松导师姓名、职称柴常春教授一级学科电子科学与技术二级学科集成电路系统设计申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1211122775分类TN82号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文高速高精度流水线A/D转换器设计研究作者姓名：金昌松一级学科：电子科学与技术二级学科：集成电路系统设计学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：柴常春教授提交日期：2014年12月TheDesignofHigh-speedandHigh-reso

2、lutionPipelineA/DConverterAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicScienceandTechnologyByJinchangsongSupervisor:Prof.ChaichangchunDecember2014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

3、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

4、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A/D转换器，作为连接模拟世界与数字世界的纽带，在数据转换中起着举足轻重的作用。同其他类型的A/D转换器相比，由于流水线A/D转换器能在功耗、面积、速度和精度上实现较好的折中，它已成为实现高速高精度A/D转

5、换器的首选结构。随着电源电压的降低、工艺尺寸的缩小，高增益的运算放大器的设计正变得愈发困难，而运放的增益在很大程度上直接决定了流水线A/D转换器的性能。因此，当下高速高精度的流水线A/D转换器的设计是一项严峻的挑战。本论文首先简要介绍了流水线A/D转换器的基本概念和工作过程，然后重点讨论了流水线ADC中的前端采样保持电路、MDAC电路和sub-ADC电路等关键模块的工作原理，并分别对各模块的误差源进行了详细分析，主要包括噪声、开关误差、建立误差、电容失配和比较器的失调电压。接着围绕着流水线A/D转换器的噪声

6、、功耗以及线性度这三个性能参数进行了分析与优化：对于噪声，推导出了MDAC电路中的开关热噪声和运放热噪声的等效输入噪声功率表达式，从推导出的表达式出发讨论了如何降低流水线A/D转换器的输入噪声功率；针对功耗，从功耗优化的角度出发提出了scalingdown技术和比较器数目最优算法；至于线性度，则重点讨论了系统线性度和流水线首级精度的关系。最后采用SMIC0.35μm2P3M混合信号CMOS工艺，论文完成了一款13位40MSPS流水线A/D转换器的研究设计。仿真结果表明，在3V的电源电压下，电路功耗为142m

7、W。当采样频率为40MHz，输入信号为频率9.9609375MHz，幅度1V的正弦信号时，第一级MDAC的SNDR和SFDR分别为84.52dB和86.6dB，有效位数为13.75位；栅压自举开关的SNDR和SFDR分别为84.1dB和85.19dB，有效位数为13.67位；ADC系统的整体SNDR和SFDR分别为70.48dB和77.92dB，有效位数为11.41位。上述仿真结果均满足13位40MSPS流水线A/D转换器的设计要求。芯片有效面积为1700×800μm2。关键词：流水线A/D转换器，误差，M

8、DAC，噪声，功耗论文类型：应用基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTA/Dconverter,Asananalogsignalanddigitalsignalconnectionlink,playsanimportantroleindateconversion.ComparedwithothertypesofA/Dconverter,pipelineA/Dconverter