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1、第26卷第6期半导体学报Vol.26No.62005年6月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJune,20053折叠内插模数转换器分析及实现陈诚毛静文王照钢任俊彦闵昊(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室,上海200433)摘要:应用Matlab/Simulink工具对折叠内插模数转换器进行了建模,研究了具有8bit分辨率、200MHz采样频率的该模数转换器的芯片设计和实现.系统设计时采用Matlab/Simulink进行行为级建模并分别分析了预放大的增益、折叠电路的带宽以及比较器的失调对动态性能的影响.设计实现的模数转换器实测结果表明,积分非线性误差和微分非线
2、性误差分别小于0177和016LSB,在采样频率为200MHz及输入信号频率为4MHz时,信号与噪声及谐波失真比为4317dB.电路采用标准0118μmCMOS数字工艺实现,电源电压为313V,功耗181mW,芯核面积20125mm.关键词:模数转换器;电路建模;折叠内插EEACC:1265H;1205;1280中图分类号:TN432文献标识码:A文章编号:025324177(2005)0621234205的数字CMOS工艺完全兼容.本文中的折叠内插模1引言数转换器,还采用全差分结构来提高模数转换器的抗噪声能力;采用失调平均技术降低模数转换器的[4]目前,SoC技术发展迅猛,其中许多的应用需
3、要输入电容;采用分布式采样保持电路来提高模数[5,6]一个片上的模数转换器作为模拟/数字的接口,例如转换器的带宽;采用开环电路模式来提高工作[1][2]千兆以太网卡、液晶显示器驱动以及硬盘读取速度;采用电压内插方式来降低功耗.最终,该模数[3]2驱动等.在这些应用中,由于内置的模数转换器与转换器占用了很小的芯片核面积-0125mm,功耗数字部分电路共用同一个衬底,周围环境噪声很大,为181mW.所以尽量避免转换器受到交叉干扰至关重要.此外,本文在讨论了折叠内插结构模数转换器的基础从成本及可携带式设备考虑,也对模数转换器的芯上,结合具体的电路设计方案,进行了详细的Mat2片面积和功耗提出了严格
4、的要求,同时也不允许进lab/Simulink建模及仿真分析,并用这些分析结果行额外的物理修正.这些无疑都增加了模数转换器指导晶体管级电路设计,最后给出了电路的测试结的设计难度.果和结论.在高速模数转换器的领域里,全并行结构是至今报道中最快速的电路结构.然而,一个基于全并行2电路设计方案结构的8bit模数转换器需要256个异常精确且快速的比较器,这会占用大量的芯片面积并产生大量本文采用的折叠内插结构模数转换器如图1所的功耗.为了克服全并行结构的缺点,人们研究了很示.电阻串的作用是产生模数转换器所需要的参考多模数转换器结构,折叠内插结构就是其中一种,它电压.分布式采样保持电路提高了模数转换器的
5、动具有速度快、面积小、功耗低等特点,而且能与标准态性能,消除了粗子(coarse)模数转换器和细子3国家高技术研究发展计划(批准号:2002AA1Z1360),上海市集成电路设计创新(批准号:027062024,027062005)资助项目陈诚男,1977年出生,博士研究生,主要从事模数转换器的设计研究.毛静文女,1981年出生,硕士研究生,主要从事模数转换器的设计研究.任俊彦男,1960年出生,教授,主要从事射频与混合信号电路的研究.2004208223收到,2004211219定稿Z2005中国电子学会第6期陈诚等:折叠内插模数转换器分析及实现1235(fine)模数转换器之间的位同步需
6、求.而所采用的温度码.编码电路再把由比较器阵列产生的温度码失调平均技术能有效降低模数转换器的输入电容转换成最终输出的二进制码.另外还采用了一些电值,从而降低功耗.折叠电路产生折叠信号,完成输路技术以减轻由于比较器的亚稳态(metastability)入信号的F→1映射,是该模数转换器中的主要功和温度码中的气泡引起的输出误码(sparkle[7]能模块.内插电路采用电阻分压的电压内插方式.比code),降低模数转换器的误码率.较器检测电压信号的过零点,产生编码所需的循环图1采用的模数转换器的结构Fig.1ProposedblockdiagramofA/Dconverter对于8位折叠内插模数转
7、换器,我们采用粗子于细子转换器的输出是循环温度码,所以32个输出转换器分辨高3位,细子转换器分辨低5位的结构.信号能提供6位的信息,即第三位输出可以由细子因为粗子转换器的分辨率为3,所以我们选择折叠转换器产生.率(foldingfactor)为8,输入信号在参考电压间作8图2是该模数转换器的时序图.在某一个时钟次折叠.折叠模块有4个,内插因子(interpolating周期,当时钟信号为低电平时,采样/保持电
