模数转换器(ADC)是现代电子通信不可或缺的组件,它将模拟信号转换为数字信号。特别是流水线模数转换器,同时兼顾了精度和速度,因此被广泛应用于移动通信等重要领域。然而,ADC的性能受到了许多非理想因素的制约,结合校准技术来纠正流水线ADC中的误差成为人们提高ADC性能的常用手段。其中数字校准技术将复杂的模拟问题转换为数字信号进行处理,很好的利用了数字电路集成的优势。
本文针对流水线模数转换器(ADC)在高速度和高精度应用中面临的挑战,深入研究了数字校准技术,提出了一种高精度流水线ADC的数字校准算法。通过对流水线ADC的工作原理、性能指标及其在宽带信号和非线性系统中的应用需求进行分析,本研究聚焦于解决流水线ADC中因非理想因素引起的误差问题,如增益误差、偏移误差和非线性误差等。在此基础上建立了一个贴近实际电路特性的16位流水线ADC Simulink模型。
研究首先对现有的数字校准技术进行了全面回顾,分析了其优缺点,并在此基础上,提出了一种结合前台校正算法和后台校正算法的新型数字校准策略。该策略通过高位削减手段和增添冗余级的方法,优化了校准过程,提高了校准效率和精度。通过在MATLAB环境下对所提算法进行建模和仿真验证,数字校准后,流水线ADC的SFDR从65.7 d B提高到99.5 d B,SNDR从59.2 d B提高到81.6 d B,有效位数从9.5 bit提升到13.2 bit,显著提高了电路的整体性能。在MATLAB验证完后,在RTL级电路对算法进行了验证,对比MATLAB仿真结果性能稍有下降,经过RTL级数字电路校正后SFDR提高到98d B,SNDR提高到81.7d B。这些测试结果证明了所提出数字校准算法的有效性和良好性能。
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