12位200msps流水线adc的设计与实现

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1、学校代码：10385分类号：研究生学号：1300216020密级：12位200MSPS流水线ADC的设计与实现DesignandRealizationof12Bit200MS/sPipelinedADC作者姓名：陈福洁指导教师：杨骁讲师实践导师：杨守军专业学位类别/领域：工程硕士/电子与通信工程研究方向：模拟集成电路设计所在学院：信息科学与工程学院论文提交日期：二零一六年六月二日摘要随着数字通信技术的飞速发展以及半导体工艺水平的不断提高，尤其是片上系统(System-on-a-chip,SOC)的快速发展，对连接模拟信号和数字信号桥梁的模数转换器(Analog-

2、to-DigitalConverter,ADC)也提出了更高的要求。在众多结构当中，流水线模数转换器因其在速度、精度、功耗以及面积之间具有较好的折中关系而成为目前研究的主流架构。本文采用TSMC0.18μm1P4MCMOS工艺，研究设计了一款12位200MSPS的低功耗流水线ADC。本文首先对流水线ADC的基本原理及其架构进行了深入的研究，运用MATLAB/Simulink对流水线ADC进行系统建模与仿真，确认系统的可行性及稳定性,并仿真分析了流水线ADC中几个主要非理想因素对输出频谱的影响。在此基础上，本文在TSMC0.18μm1P4MCMOS工艺下对各个电路

3、模块进行设计、仿真和版图实现。该ADC的关键模块包括输入缓冲器(InputBuffer)电路、采样保持电路(SHA)、增益数模单元电路(MDAC)、比较器电路、时钟产生电路、带隙基准电路和数字校正电路。整个流水线由6级子级组成，前5级为2.5bit子级，第6级为2bit的并行flashADC，并对各级输出采用数字校正技术进行误差校正，以达到12位的精度。输入缓冲器采用改进型的源跟随器，具有高线性度、低功耗的特点；采样保持电路采用电容翻转式结构以减少噪声和功耗；采样保持电路和MDAC中的放大器，均采用增益提高型，以保证有足够大的增益和单位增益带宽；采样开关采用栅压

4、自举开关，减小了导通电阻引起的非线性误差；比较器采用了预放大动态锁存比较器的结构，充分利用了放大器负指数响应和动态锁存器正指数响应的优点，实现快速比较，同时也减小了踢回噪声。整个流水线级电容按比例缩减，有效的降低了电路功耗。电路经MPW流片后测试结果表明，在电源电压1.8V，采样频率为200MHz时，输入一个幅值为0.625V，频率约为10MHz的正弦信号，ADC输出的SFDR、SNR、ENOB分别为83.39dB、60.00dB，9.68Bit；当输入信号频率增加到约为70MHz时，ADC输出的SFDR、SNR、ENOB分别为74.93dB、58.92dB，9

5、.47Bit，实现了高速高精度性能指标。关键词：片上系统流水线ADC低功耗采样保持电路MDACIAbstractDigitalcommunicationtechniqueandsemiconductortechnologyhavebeengrowingrapidlyalltheseyears.Asasequence,analog-to-digitalconverters,asthebridgeofanaloganddigitalcircuit,arerequiredtohavemoreandmoreexcellentperformance.PipelinedAD

6、Cisthemajorarchitecturebecauseofitsoutstandingcharacteristiconthetrade-offbetweenspeed,resolution,squareandpowerdissipation.Thisworkdesigna12-bit,200MHzsamples/slowpowerdissipationpipelinedADCusingTSMC0.18μmCMOSprocess.ThispaperbrieflyanalysesthetheoryandarchitectureofpipelinedADC,th

7、enbyusingMatlab’sSimulinkmoduletocreateamathematicalmodeldescriptionofthesystem,inordertoconfirmthefeasibilityandstabilityofthesystem.Besides,wehavesimulateandanalysistheeffectsoftheseveralmajornon-idealfactorsonthepipelinedADC’soutputspectrum.Atlast,basedonTSMC0.18μm1P4MCMOSprocess,

8、wehavedesign