12bit 60msps流水线adc芯片设计与验证

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1、学校代码10530学号201330101191分类号TN713密级公开硕士学位论文12bit60Msps流水线ADC芯片设计与验证学位申请人邓准指导教师谢亮副教授学院名称物理与光电工程学院学科专业电子科学与技术研究方向模拟电路设计二零一六年五月Thedesignandverificationof12bit60MspspipelinedADCCandidateZhunDengSupervisorProfessorLiangXieCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectricEngineeringProgr

2、amMasterofScienceSpecializationAnalogIntegratedCircuitDesignDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2016摘要目前，虽然现在已经进入后摩尔时代，但随着集成电路工艺技术的进步，电路的集成度越来越高，这样极大地推进了集成电路设计技术的发展。作为沟通模拟世界与数字处理器的桥梁，实现将模拟信号转换成为数字信号，模数转换器ADC（Analog-to-DigtalConverter）已经成为了一个系统

3、必不可少的部分，而且它的性能通常是整个系统的瓶颈。本文的目的是设计出应用于全高清（1920×1080）逐行扫描视频图像传感器中流水线ADC电路。本文首先分析了ADC的基本原理，对常用的几种ADC类型进行基本的介绍和对比。然后具体对流水线ADC进行设计，根据系统性能要求进行指标计算，其中包括每级电容大小的确定和运放增益和带宽的计算，并且用Simulink模型搭建进行验证。为了实现信号的准确量化，使用采样保持电路，将连续变化的模拟信号通过一定周期时间间隔的采样；设计增益自举运放提高信号建立的线性度；采用每级1.5位精度的流水线结构实现

4、冗余编码，来降低比较器失调电压对精度的影响，并同时提出一种新型的消除静态功耗的预放大比较器结构。通过与传统的锁存比较器和多级比较器对比体现这种比较器的性能优势。然后对流水线ADC版图设计方案和要点进行阐述，该流水线ADC芯片采用华力55nmCMOS工艺进行版图设计，对后仿真结果进行快速傅里叶变换分析得到动态参数SFDR为88.57dB，SNR为72.51dB，SNDR为72.3dB，ENOB为11.72bits。最后对流片回来的流水线ADC芯片设计测试方案并进行测试，分析了测试基本原理，同时完成ADC评估板设计并搭建测试平台。最终

5、测试结果表明：在幅度为满摆幅，频率为1M左右输入正弦信号时，采用频率60M晶振作为采样时钟，通过对逻辑分析仪采到的结果进行快速傅里叶变换分析，得到动态参数SFDR为66.9dB，SNR为65.5dB，SNDR为62.8dB，ENOB为10.15bits，测试结果表明本设计的流水线ADC核能较好地实现基本功能，同时也验证了测试平台对相关ADC测试的可行性。关键词：流水线ADC；快速傅里叶变换；增益自举运放；预放大比较器IAbstractRecently,wehaveenteredPost-Mooreperiod.However,wi

6、ththedevelopmentofintegratedcircuitprocessingtechnique,thelevelofcircuitintegrationisimprovedsignificantly,whichgreatlypromotesthedevelopmentofICdesigntechnology.AsthebridgeofconnectingthesimulateWorldandDSP,ADChasbecomeanessentialparttransforminganalogsignalsintodigi

7、talsignals.ButtheperformanceofADCisabottleneckofthewholesystem.ThisthesisaimstodesignpipelineADCcircuitusedinFHDvideoimagesensorwhichcanscanlinebyline.Firstly,thisthesisanalyzesthebasicprincipleofADC,makesabasicintroductionandcomparisonaboutsomecommontypesofADC.Thensp

8、ecificdesignofpipelineADCcircuitisconducted.Accordingtoperformancerequirementsofthesystem,Indexcalculationismade,includingco