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范例一：(K=图书馆学 OR K=情报学) AND A=范并思 AND Y=1982-2016
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1 篇 学位论文

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1 篇 电子文献
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学科分类号

1 篇 工学
- 1 篇 电子科学与技术（可...

主题

1 篇 模数转换器
1 篇 噪声整形模数转换...
1 篇 无源噪声整形
1 篇 逐次逼近型模数转...
1 篇 高能效
1 篇 单位增益缓冲器

机构

1 篇 国防科技大学

作者

1 篇 易品筠

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=噪声整形模数转换器"

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详细简洁

排序：

高能效噪声整形逐次逼近型模数转换器关键技术研究

高能效噪声整形逐次逼近型模数转换器关键技术研究

引用

作者：易品筠国防科技大学

学位级别：博士

在过去的二十年间,性能稳步增长的模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）为信息通信技术的发展提供了优越的基础条件。随着物联网、无线通信和传感器为代表的低功耗智能应用蓬勃发展,传统的ADC架构难以同时满足更低功耗、更高... 详细信息

在过去的二十年间,性能稳步增长的模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）为信息通信技术的发展提供了优越的基础条件。随着物联网、无线通信和传感器为代表的低功耗智能应用蓬勃发展,传统的ADC架构难以同时满足更低功耗、更高速度、更高精度和更小面积的性能要求。集成电路制造工艺的持续迭代,使数字集成电路的性能得到飞跃发展,对模拟电路而言却遭受前所未有的挑战。晶体管本征增益和电路工作电压降低,使高性能模拟电路设计变得困难。尤其是传统的高精度ADC,增量累加型（Delta Sigma,?Σ）ADC和流水线（Pipeline）ADC,依赖高增益的运算放大器实现高精度。因此,围绕对工艺迭代友好、数字化程度高的新型混合架构ADC设计展开研究,对于克服先进工艺对模拟集成电路限制,推动高精度、低功耗的高能效ADC发展具有深远的学术意义和应用前景。逐次逼近寄存器型（Successive Approximation Register,SAR）ADC由于高度无源化和数字化的电路结构,从集成电路工艺迭代中受益颇多,在中速中精度应用领域具有很高能效和应用实力。然而,随着量化精度需求提高,SAR ADC电路的DAC电容阵列规模以指数曲线形式增长,比较器噪声和非线性失真超越量化噪声成为限制ADC精度提升的主要因素,其能效优势在高精度领域明显下降。新兴的噪声整形SAR ADC在传统SAR ADC的基础上融合了?ΣADC的噪声整形架构,是一种兼备低功耗和高精度特点的混合架构ADC,为解决先进工艺迭代下的高精度ADC问题,提供了一份高能效的设计方案。本文在详细分析SAR ADC非理想因素影响的基础上,深入讨论了噪声整形技术的工作原理和实现方法,提出了一种前馈式无源噪声整形SAR ADC和两种误差反馈式噪声整形SAR ADC,有效抑制带内噪声,提高ADC量化精度且低功耗,实现了高能效的设计目标。本论文的主要工作和贡献如下:（1）本文首先分析了核心电路SAR ADC精度限制的非理想因素,主要包括采样热噪声、DAC电容阵列失配、比较器噪声等;随后深入讨论了噪声整形原理与架构的实现方式,分为前馈式噪声整形SAR ADC和误差反馈式噪声整形SAR ADC;为了避免使用高增益的运算放大器,提出了一种电路结构简单、PVT稳定性好的无源前馈式噪声整形SAR ADC。该设计以传统的SAR ADC为基础,采用开关电容结构的无源前馈式积分通路实现了二阶噪声整形。与之前的无源噪声整形SAR ADC工作比较,消除了余量采样和一阶积分产生的k T/C噪声,使ADC的等效输入噪声降低51.9%,在相同的SAR ADC架构下,可以获得更高的信噪比和量化精度。在积分通路上采用基于电容增压的无源增益技术为积分通路提供4倍增益,有效缓解无源积分的信号衰竭问题,缓解比较器设计压力,将比较器功耗降低75%。该噪声整形架构基于无源开关电容结构,通过行为级建模和仿真,该无源噪声整形SAR ADC具有较好的工艺、电压和温度稳定性,高效的整形架构将ADC的噪声传输函数（Noise Transfer Function,NTF）零点外推至z=0.8处,实现较好的噪声整形效果。在过采样率（Oversampling Rate,OSR）为16的工作条件下,该无源噪声整形SAR ADC的SQNR达到104 dB。（2）本文提出了一种基于有限冲激响应（Finite Impulse Response,FIR）滤波器的误差反馈式噪声整形SAR ADC设计。区别于采用高性能无限冲激响应（Infinite Impulse Response,IIR）滤波器的前馈式噪声整形SAR ADC,该设计利用一组延时电容和单位增益缓冲器,实现了高效的噪声整形架构,极大降低了电路硬件开支。单位增益缓冲器消除了余量采样损耗,无源电容加法技术避免了信号反馈过程的信号衰减和多输入比较器使用,以上措施有利于提高整形效率、降低电路器件失配,进而提高ADC的量化精度。基于TSMC 65nm 1P9M CMOS工艺,实现了一种标准一阶误差反馈式噪声整形SAR ADC。仿真结果证明,在电源电压1.2V,采样频率20 MS/s,过采样率为16的工作条件下,ADC的SNDR为81 dB,功耗为183.66μW,能效品质因数FoMs为176.32 dB。（3）本文提出了一种电路结构简单、扩展自由度高的标准二阶误差反馈式噪声整形SAR ADC。提出一种基于源跟随器的差分结构单位增益缓冲器,取代传统的运算放大器型单位增益缓冲器,显著降低了模拟电路设计难度,增强对先进工艺兼容度,有助于维护SAR ADC低功耗高能效优势。本论文提出的误差反馈式噪声整形SAR ADC电路实现简单,延时电容之间通过开关控制采用Ping-Pong交替工作,该架构设计方法还

关键词：模数转换器逐次逼近型模数转换器噪声整形模数转换器无源噪声整形单位增益缓冲器高能效

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