检索结果-内蒙古大学图书馆

国防科技大学学报 2018年第6期40卷 165-170页

作者：周宗坤黄水根董业民林敏中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050 中国科学院大学北京100049

针对航空航天电子系统对高性能模数转换器的需求,采用0. 13μm标准互补金属氧化物半导体工艺,设计可以在极端温度和空间辐射环境中稳定可靠工作的12位分辨率、50 MS/s采样率的流水线模数转换器。通过采用无采样保持电路以及抗辐射电路... 详细信息

针对航空航天电子系统对高性能模数转换器的需求,采用0. 13μm标准互补金属氧化物半导体工艺,设计可以在极端温度和空间辐射环境中稳定可靠工作的12位分辨率、50 MS/s采样率的流水线模数转换器。通过采用无采样保持电路以及抗辐射电路和版图加固等技术,在减小功耗的同时有效地削弱总剂量辐射效应的影响。测试结果表明:在-55～125℃温度范围内以及150 krad(Si)的总剂量辐照条件下,得到大于64 dB的信噪比、大于73. 5 dB的无杂散动态范围和最大0. 22 dB的微分非线性。

关键词：流水线模数转换器无采样保持电路总剂量辐射效应版图加固技术

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低功耗流水线模数转换器研究与设计

低功耗流水线模数转换器研究与设计

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作者：程思旭西安理工大学

学位级别：硕士

随着集成电路行业的发展,电路面积越来越小,用户们对设备的发热续航等要求专注度提高。模数转换器作为传感器芯片的核心电路,由于其高集成度和高性能要求,会使芯片功耗较大,造成芯片发热严重,进而影响其他电路的工作状态,导致设备续航缩... 详细信息

随着集成电路行业的发展,电路面积越来越小,用户们对设备的发热续航等要求专注度提高。模数转换器作为传感器芯片的核心电路,由于其高集成度和高性能要求,会使芯片功耗较大,造成芯片发热严重,进而影响其他电路的工作状态,导致设备续航缩短,性能偏差甚至失效。一个高分辨率和采样频率的模数转换器直接决定着设备对于信号处理的准确度,而流水线ADC作为一种复合型结构的模数转换器,能够较好地改进基础全并行flash ADC和逐次逼近型SAR ADC的缺点,在中分辨率高速低功耗模数转换器领域被大量应用。本文围绕流水线ADC的功耗问题进行研究。首先采用无采样保持电路的结构,将流水线ADC系统功耗最高的采样保持模块去除,极大地降低了系统功耗。其次通过对流水线ADC系统功耗的组成进行分解,系统主要功耗由flash ADC内多个比较器和MDAC内运算放大器组成。因此当flash ADC模块内的比较器使用单级动态比较器时,可以省去各比较器的高带宽前级预放大运算放大器引起的功耗,这样将会使整个系统的平均功耗显著降低,通过对比较器电路的设计,比较器精度小于488μV,传输延迟时间小于300ps,输入失调电压小于125mV。另外由于流水线系统存在余差运算放大器,需要将上一次量化后的余值放大传输给下一级进行下一次量化,为了解决该运算放大器摆幅要求过高的问题,因此对MDAC引入半位冗余算法,实现运放的输入输出摆幅减半。最后本文通过对开关电容共模反馈的增益自举运算放大器进行研究,在原有运放的基础上提出动态工作的结构,进一步降低流水线ADC系统的功耗。本文基于55nm CMOS工艺,在3.3V的电源下完成了 12bit 100Msps流水线ADC的电路设计,系统整体版图面积455μm×260μm。通过仿真验证,静态参数可实现DNL≤0.8LSB,INL≤1.6LSB。动态参数在频率24.90234375MHz的输入信号下,SNR为66.208dB,SFDR为80.861dB,且系统的平均功耗仅为64mW,相较于同指标系统有明显改善。

关键词：流水线ADC 无采样保持电路动态比较器增益自举

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一种低功耗高速高精度Pipelined ADC设计

一种低功耗高速高精度Pipelined ADC设计

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作者：郭金峰电子科技大学

学位级别：硕士

随着集成电路技术和计算机技术的高速发展,信息处理方式越来越趋于数字化。作为连接模拟系统和数字系统的关键器件,模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)一直是集成电路领域的研究热点。相比于其他类型的模数转换器,流水线型模... 详细信息

随着集成电路技术和计算机技术的高速发展,信息处理方式越来越趋于数字化。作为连接模拟系统和数字系统的关键器件,模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)一直是集成电路领域的研究热点。相比于其他类型的模数转换器,流水线型模数转换器因其能够很好的兼顾速度、精度、功耗和面积而成为无线通信和高清数字媒体等领域应用的主流架构。尤其近年来5G通信技术和超高清数字媒体的兴起更是推动着流水线ADC朝着低功耗、高速、高精度的方向发展。而且,随着数字电路的崛起,越来越多的流水线ADC都配以数字校准技术来纠正模拟电路非理想因素带来的误差。本文针对低功耗高速高精度流水线ADC的关键电路模块进行了研究与设计。基于40nm CMOS工艺设计实现了一款应用于通信领域的12bit250MSps流水线型模数转换器。考虑到功耗原因,本设计采用无采样保持电路(SHA-less)结构,并且流水线子级的尺寸逐级递减。本文详细介绍了流水线ADC的工作原理,主要误差来源及解决措施,并且对关键的电路模块进行了系统的阐述。除此之外,本文还介绍了一种基于伪随机噪声(Pseudo-random Noise,PN)注入的后台数字校准技术,该校准技术可以自适应地校准级间增益,有效的提高ADC的精度。而且,该校准技术全片上集成,能够实时跟踪校准,具有很好的稳定性。最终,本设计采用12级流水线结构,其中前11级电路结构相同,均为3bit/级,最后一级为3bit Flash结构。芯片总面积为1310μm×510μm,其中模拟部分的面积为950μm×510μm,数字部分的面积为360μm×510μm。仿真结果显示,在采样频率为250MHz,输入信号频率86MHz,满摆幅1.2V,电源电压1.1V的条件下,经过校准的前仿真结果:SNDR为72.15dB,SFDR为89.85dB;版图后仿真结果:SNDR为72.76dB,SFDR为81.31dB。ADC总功耗为150mW,其中模拟部分功耗为140mW,数字部分功耗为10mW,优值为0.18pJ/step。

关键词：流水线ADC 无采样保持电路伪随机噪声后台数字校准算法

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应用于WSN节点的低功耗ADC设计与实现

应用于WSN节点的低功耗ADC设计与实现

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作者：庄兆东东南大学

学位级别：硕士

近年来，无线传感网络(WirelessSensorNetwork，简称WSN)已经成为一个非常热门的研究课题，这导致小型化、低功耗的电路设计和更节能的无线通信网络快速发展，并改进了小规模能源供应，降低了制造成本。其中，低功耗技术是无线传感器网... 详细信息

近年来，无线传感网络(WirelessSensorNetwork，简称WSN)已经成为一个非常热门的研究课题，这导致小型化、低功耗的电路设计和更节能的无线通信网络快速发展，并改进了小规模能源供应，降低了制造成本。其中，低功耗技术是无线传感器网络硬件和软件设计的核心。因此研究并设计应用于WSN系统的低功耗射频收发机芯片具有重要的意义。模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)是模拟和数字信号处理的核心组成部分，是WSN芯片的关键模块。\n 本文基于TSMC0.18μmRF-CMOS工艺，设计与实现了应用于WSN节点的模数转换器和带隙基准源。ADC采用的是7位，16MS/s的流水线结构，其中余量增益电路(MDAC)结构采用2.5位/级。低功耗设计采用动态比较器、无采样保持和运算放大器(OTA)共享技术。论文给出了ADC中运放指标的确定、结构的选取、功耗的估算和仿真结果。ADC后仿真结果表明:1.8V电源电压下，当输入正弦信号频率为3.015625MHz时，仿真得到SNDR和SFDR分别为40.9dB和48.6dB，DNL范围是-1LSB～0.609LSB，INL范围是-1.14LSB～1.19LSB，总功耗是4.1mW。设计的带隙基准源为整个WSN收发机芯片提供偏置。利用Cadence软件对带隙基准源进行前仿真、版图设计与优化、后仿真，最后进行了流片验证。测试结果表明:在1.8V电源电压下，带隙基准源的输出基准电压为589.3mV，输出偏置电流为10.1μA，功耗为308.5μW，满足设计指标。\n 本课题所设计的ADC功能正确，实现了低功耗的特点。带隙基准源功能正确，性能良好，已应用于WSN射频收发芯片中，经过适当改进可以应用到其它芯片中。

关键词：无线传感网络模数转换器无采样保持电路数字信号处理动态比较器带隙基准源

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一种采用新型片上校准技术的Pipeline ADC设计

一种采用新型片上校准技术的Pipeline ADC设计

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作者：毛祚伟电子科技大学

学位级别：硕士

模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)是现代电子系统中信号转换环节必不可少的部分,也是近年来集成电路领域的研究热点之一。模数转换器种类繁多,其中流水线(Pipeline)ADC在速度与精度等方面可以灵活选取,在通讯、医疗电子设... 详细信息

模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)是现代电子系统中信号转换环节必不可少的部分,也是近年来集成电路领域的研究热点之一。模数转换器种类繁多,其中流水线(Pipeline)ADC在速度与精度等方面可以灵活选取,在通讯、医疗电子设备等领域有着广泛的应用。近年来随着集成电路工艺制造的发展,模拟电路的发展速度跟不上数字电路的发展速度,因此为了满足现代电子系统对ADC越来越高的指标要求,流水线ADC常常运用数字校准技术来纠正因模拟电路非理想因素导致的误差,进而提高整体ADC的性能指标。考虑到本文所设计的流水线ADC精度与采样速度要求高,如果使用采样保持电路,这将增加整体电路的设计难度以及芯片面积和功耗,所以本文采用了无采样保持电路(SHA-less)流水线ADC结构。本文在详细介绍了无采样保持电路流水线ADC原理之后,分析了其具有的电路结构、组成单元以及电路中误差来源并提出相应的解决办法。同时,本文还介绍了一种伪随机噪声(Pseudo-random Noise,PN)注入后台数字校准算法,该算法用于校准由运算放大器有限增益值引入的闭环增益误差。本文最终基于SMIC 55LL CMOS工艺设计了一款12bit 250MSps流水线ADC,电路一共含有12级子级电路,其中前11级均为3bit流水线子级,最后一级为3bit闪烁型(FLASH)ADC。最终芯片版图尺寸为1310?m?510?m,其中模拟部分版图面积为950?m?510?m,数字部分版图面积为360?m?510?m。仿真结果表明,在采样频率250MHz,输入频率110MHz,电源电压1.2V,差分输入满摆幅1.2V的情况下,经过校准后的电路前仿结果为:有效位数11.8位,SFDR为82.47dB;版图后仿结果为:有效位数11.58位,SFDR为75.5dB。ADC模拟电路部分总功耗为200mW,数字算法部分功耗为10mW,总体功耗为210mW。

关键词：流水线ADC 无采样保持电路后台数字校准算法伪随机噪声

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