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作者

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168 篇 中文

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用于生命体征信号采集的低功耗模数转换集成电路实现研究

用于生命体征信号采集的低功耗模数转换集成电路实现研究

引用

作者：耿文良上海交通大学

学位级别：硕士

现代社会老龄化现象不断加重、人们对医疗服务的需求不断提升，传统的医疗行业正在悄悄发生改变。随着便携式、智能化家用医疗设备的迅速发展，个人护理系统得到越来越多的应用。生物电采集系统是其中重要的组成部分。在生物电采集系统... 详细信息

现代社会老龄化现象不断加重、人们对医疗服务的需求不断提升，传统的医疗行业正在悄悄发生改变。随着便携式、智能化家用医疗设备的迅速发展，个人护理系统得到越来越多的应用。生物电采集系统是其中重要的组成部分。在生物电采集系统中，模数转换器是最为关键的模块之一。本论文主要研究了生物电信号采集系统中模数转换器的工作特性，以及如何利用集成电路技术设计一款低功耗、高性能的逐次逼近型模数转换器。本文首先阐述了选择逐次逼近型模数转换器作为生物电信号采集系统组成模块的理由。接下来着重介绍了传统逐次逼近型模数转换器的工作原理、结构特点，并据此给出本设计中差分结构逐次逼近模数转换器的基本结构。文章详细研究了逐次逼近型模数转换器中每个组成模块的电路结构和参数选择，根据高精度和低功耗的原则对每个模块进行了优化。最后给出了芯片的前仿真结果、版图设计和后仿真结果。本课题设计的逐次逼近型模数转换器采用TSMC0.18μm CMOS1P6M工艺。标准工作电压为1.8V，后仿真显示采样率为1kS/s时，整个芯片功耗为313.23nW，DNL最大为0.4LSB，INL最大为0.6LSB，SNDR为60.52dB，SNR为60.99dB，SFDR为72.16dB，有效位数为9.76位，模数转换器采样率从1kS/s到30kS/s可调。仿真结果显示该逐次逼近型模数转换器适合用于低功耗生物电采集系统。

关键词：生物电信号逐次逼近型模数转换器低功耗

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10位700MS/s单通道高速SAR ADC的设计

10位700MS/s单通道高速SAR ADC的设计

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作者：李常盈西安电子科技大学

学位级别：硕士

模数转换器（ADC）能将现实世界的模拟信号转换成更容易处理的数字信号,这一特性使其成为了大多数电子产品中不可或缺的模块。随着5G、人工智能、物联网、汽车电子等新兴应用的发展,未来几年对于ADC芯片的需求也会持续增长。由于逐次逼... 详细信息

模数转换器（ADC）能将现实世界的模拟信号转换成更容易处理的数字信号,这一特性使其成为了大多数电子产品中不可或缺的模块。随着5G、人工智能、物联网、汽车电子等新兴应用的发展,未来几年对于ADC芯片的需求也会持续增长。由于逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）有着结构简单、功耗低、面积小、与数字CMOS工艺兼容的优点,所以高性能SAR ADC始终是一个研究热点。本文通过研究目前国内外高速SAR ADC的发展现状,分析了几种典型的提高SAR ADC速度的方法,在此基础上提出了一种新的结构,有效的提高了SAR ADC的转换速率。本文的主要贡献和创新点如下:1.本文首先对SAR ADC基本结构、工作原理及组成模块进行了分析,研究了包括采样保持电路、比较器和SAR控制逻辑在内的关键模块,作为高速SAR ADC的结构设计及模块选择的基础。同时分别对MOS开关管的非理想效应、电容阵列的失配、比较器的失调及DAC的建立误差进行研究,作为高速SAR ADC实际设计中考虑误差来源的理论依据。2.提出了一种采用分段转换技术和并行采样技术的新型SAR ADC结构,该结构由三个SAR ADC构成。第一级由一个5位SAR ADC完成高五位的量化,第二级由两个10位SAR ADC交替工作实现低五位的量化。由于两级之间的信息传递由数字码实现,因此本文提出的结构能够在不引入运算放大器的前提下使两级ADC并行工作,大大提高了ADC的转换速度。同时本文还在ADC中引入了冗余和直流失调校准电路对电路的非理想效应进行补偿和校准。3.对新型SAR ADC结构所引入的非理想效应进行了理论分析,包括建立误差、比较器失调失配、增益失配、时钟偏斜和采样带宽失配,分别通过MATLAB建模仿真其对ADC精度的影响。同时验证了冗余对误差的补偿作用并给出电路所能容忍的最大误差范围,用于后续电路模块设计中参数的确定。4.对SAR ADC中关键模块的电路设计进行了理论分析和参数计算,对部分电路进行蒙特卡洛仿真验证其有效性。主要内容为:根据采样带宽失配确定采样开关的最小尺寸;对比较器失调校准前后的电路进行蒙特卡洛仿真验证校准电路的有效性;计算满足10位ADC精度要求的电容失配条件下的单位电容;对电路实际采用的SAR逻辑电路及其速度控制原理进行详述;对产生采样时钟的“与”门进行蒙特卡洛仿真,验证了采样时钟下降沿的失配误差低于10位ADC精度限制的时钟偏斜误差。最终基于TSMC 28nm CMOS工艺设计并实现了一个0.9V 10位700MS/s的SAR ADC,芯片核心面积为0.0297mm2。对电路进行测试,结果表明本文提出的SAR ADC结构在0.9V电源电压和316MHz输入信号频率下信噪失真比（SNDR）和无杂散动态范围（SFDR）分别为54.3d B和65.4d B,芯片功耗为8.2m W,品质因数FOM（figure of merit）为28-f J/conversion-step。

关键词：逐次逼近型模数转换器单通道高速冗余失配误差

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应用于56 Gb/s SerDes的时间交织ADC设计

应用于56 Gb/s SerDes的时间交织ADC设计

引用

作者：郭海生东南大学

学位级别：硕士

近年来,信息技术迅猛发展,对数据处理能力和信息传输速率的要求越来越高。在高速数据传输中,串行通信方式应用广泛,串化器-解串器（Ser Des）是高速串行链路的重要组成部分。目前速率达56Gb/s及以上的高速Ser Des通过采用ADC+DSP架构,... 详细信息

近年来,信息技术迅猛发展,对数据处理能力和信息传输速率的要求越来越高。在高速数据传输中,串行通信方式应用广泛,串化器-解串器（Ser Des）是高速串行链路的重要组成部分。目前速率达56Gb/s及以上的高速Ser Des通过采用ADC+DSP架构,将高速信号的均衡在DSP中实现,以有效应对信道高频分量损失严重,信号完整性遭受的问题。随着信号速率的不断增加,这种ADC+DSP架构已成为高速Ser Des的主要实现方案。本文研究应用于高速Ser Des时间交织ADC,其中的子ADC采用逐次逼近型（SAR）ADC结构。本文设计的SAR ADC利用非环路结构,以节省比较器的复位时间,提高整体转换速度。同时,电容阵列采用单调式开关方法,降低了开关功耗。非环路结构中的多个比较器均采用两级架构,增强了对共模电压变化的抗干扰能力。另外,比较器采用双尾结构和电流旁路结构,具有低失调电压和低回踢噪声的优点。在子ADC的基础上,本文设计了双通道时间交织ADC,采用主采样保持电路,配合子ADC结构中的高速采样开关,有效抑制了通道之间的时序失配,实现了高质量的输入模拟信号采样。通过使子采样开关和主采保时钟的充分交叠,时钟信号的相位误差容限不低于5%,从而降低了子通道的采样误差。本文基于CMOS 65nm工艺完成了时间交织ADC的电路及版图设计工作,包括焊盘在内的芯片面积为0.524mm2,电源电压时的功耗为28.45m W。仿真结果表明,时间交织ADC的总采样率达1GS/s,输入信号摆幅是0.95VPP时,有效位数达6.38比特,无杂散动态范围为49.08d B,满足指标要求。在数据传输速率快速增长的当下,本文设计的时间交织ADC系统对于高速Ser Des具有一定的应用价值。

关键词：逐次逼近型模数转换器非环路结构时间交织时钟交叠采样

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应用于便携式可穿戴设备的高精度低功耗SAR ADC的研究与设计

应用于便携式可穿戴设备的高精度低功耗SAR ADC的研究与设计

引用

作者：杨晨晨北京理工大学

学位级别：硕士

随着半导体和集成电路技术的飞速发展,各种电子设备已经走入了人们生活的方方面面,给我们的生活和感知都带来了很大的变化。其中便携式可穿戴设备是现今的新兴热点,该产品对生物电信号和各类传感信号等外部模拟信号进行采样分析,随时记... 详细信息

随着半导体和集成电路技术的飞速发展,各种电子设备已经走入了人们生活的方方面面,给我们的生活和感知都带来了很大的变化。其中便携式可穿戴设备是现今的新兴热点,该产品对生物电信号和各类传感信号等外部模拟信号进行采样分析,随时记录用户的健康指数和生活习惯等信息,因此作为信号读取电路的模数转换器成为了设计的关键。本文针对便携式可穿戴设备应用的需求,提出了一款12位高精度低功耗的逐次逼近型模数转换器,整体电路为全差分结构以抑制衬底和电源噪声;数模转换器采用分段式电容阵列以减小单位电容个数和芯片面积;逻辑控制单元采用部分单调开关策略,在第一次开关切换时没有能量消耗,先比较后置位,与传统试错型开关策略相比降低90%以上的功耗,能量利用率高;同时还分析和设计了一款新型时域比较器,将电压信号转换为时间信号,再通过鉴相器鉴别相位差以获得比较结果,具有低功耗,低噪声的优点;最后本文设计了一款为SAR ADC提供参考电压的基准电压源。基于TSMC90nm工艺,本文实现和仿真验证了一款12位高精度低功耗SAR ADC,包括电路原理图和版图设计,前后仿真等,工作电压为1V,系统外部时钟为4MHz,采样频率为285k Hz,输入共模0.5V峰峰值为0.9V的正弦差分信号时,整体功耗仅为27,有效位数为11.12btis,FOM仅为58.8f J/conv,电路核心部分面积为400mm′500mm,各项指标均满足设计要求。

关键词：逐次逼近型模数转换器低功耗时域比较器部分单调开关策略

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8位纳米级高速SAR A/D转换器设计

8位纳米级高速SAR A/D转换器设计

引用

作者：王祁钰西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着数字技术，特别是通信信息技术的飞速发展，数字电路已经在现代的通信，检测以及控制等领域广泛应用。所以模拟信号系统就需要向数字信号处理转换，而ADC则是连接模拟电路和数字电路的关键电路。因此人们也对ADC的速度，分辨率，信... 详细信息

随着数字技术，特别是通信信息技术的飞速发展，数字电路已经在现代的通信，检测以及控制等领域广泛应用。所以模拟信号系统就需要向数字信号处理转换，而ADC则是连接模拟电路和数字电路的关键电路。因此人们也对ADC的速度，分辨率，信噪比，功耗等性能提出了更高的要求。SARADC具有低功耗、尺寸小、转换效率高等特点。这些特点使其广泛的应用于高速传输，便携医疗仪器，电池以及工业控制和信号采集等方面。本文对多种类型的ADC性能和特点进行了比较和分析，最终折中的选择了逐次逼近型（SAR）ADC作为本研究的重点。本文在65nm工艺下设计了一个8位208MSPS的同步时钟SAR ADC和一个8位660MSPS的异步SAR ADC。在这两个ADC中都采用了终端电容复用的技术来提高转换速度，而异步ADC中更加入了预置位的技术来消除DAC建立时间对转换速度的影响。除此之外，文中提出一种高速可校准的比较器，以提高SARADC的转换速度及精度。本论文中的8位208MSPS的同步SARADC，1.2-V的电源电压下，有效位数可以达到7.95位，整体电路的功耗仅为2.7mW，FOM值为52.4fJ/conv。同样在1.2-V的电源电压下，8位660MSPS的异步SAR ADC，有效位可以达到7.94位。而整体的功耗仅为7.6mW，FOM值为46fJ/conv。

关键词：逐次逼近型模数转换器高速ADC电容复用异步时钟电路DAC预置位

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基于环振放大器的两级式低功耗ADC的研究与设计

基于环振放大器的两级式低功耗ADC的研究与设计

引用

作者：林鑫电子科技大学

学位级别：硕士

在现代信号设计中,数据转换器(Analog to Digital Converter,ADC)是重要的逻辑模块,在模拟世界和数字世界的数据处理中起着中介作用。并且在物理世界中,大多数信号都是模拟性质的,因此模数转换器在信息采集系统中显得至关重要。在众多... 详细信息

在现代信号设计中,数据转换器(Analog to Digital Converter,ADC)是重要的逻辑模块,在模拟世界和数字世界的数据处理中起着中介作用。并且在物理世界中,大多数信号都是模拟性质的,因此模数转换器在信息采集系统中显得至关重要。在众多类型的模数转换器当中,逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)在其中占据了至关重要的一个部分。尽管SAR ADC需要多次比较过程才能完成一次完整的量化,但是由于其结构简单,功耗低,面积小并很好的适用于先进CMOS工艺等特点,被广泛的应用于超宽带无线接收器、医疗仪器、和数字成像系统中。并且在近年来,为了满足于高采样率和低功耗的需求,各种各样的新技术,新结构被应用到了SAR ADC当中,使得SAR ADC从早期的中低采样率,中等精度发展到了现在高速,中高精度,成为了模数转换器领域的研究重点和热点。本文对高速低功耗逐次逼近型模数转换器的关键技术进行研究与分析。相对于传统高速低功耗模数转换器,本设计为了提高SAR ADC的速度,通过采用两级式的结构,实现了并行的操作;另外由于传统两级式结构的SAR ADC的级间运放占了整个ADC功耗的非常大一部分,为了实现低功耗的目标,本文采用结构简单的环振放大器作为级间运放,从而有效地降低了运放功耗。本设计在28nm CMOS工艺,0.9V的电源电压下实现了一款12比特采样率500MS/s的两级式SAR ADC。利用cadence仿真软件进行仿真,在输入信号频率为奈奎斯特频率时,ADC的有效位数为10.3bit,SNDR为63.76dB,SFDR为74.66dB,功耗为6.09mW,品质因素为9.66fJ/conv.-step。

关键词：逐次逼近型模数转换器低功耗高采样率环振放大器

来源：评论

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多气象传感器的模拟前端集成电路设计

多气象传感器的模拟前端集成电路设计

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作者：王程南京信息工程大学

学位级别：硕士

以模拟前端电路为核心的多气象智能传感器微系统,是目前气象探测以及灾害预警中的一个重要技术环节,其中模拟前端电路承担着信息的获取和量化,直接决定了所获取信息的精度和速度。通常传感器采集到的模拟信号很难被微控制器直接处理,因... 详细信息

以模拟前端电路为核心的多气象智能传感器微系统,是目前气象探测以及灾害预警中的一个重要技术环节,其中模拟前端电路承担着信息的获取和量化,直接决定了所获取信息的精度和速度。通常传感器采集到的模拟信号很难被微控制器直接处理,因此需要模拟前端电路将传感器的输出信号先进行放大和转换,再由后续系统进行处理。基于多气象智能传感器微系统的需求,本文设计了一款应用于多气象传感器的模拟前端电路,其中包含LDO、可编程增益放大器、SAR ADC以及湿度测量电路。首先基于对不同功能气象传感器原理以及性能的分析,确定了模拟前端电路的整体结构。其次为了更好地进行电路设计,分别介绍了模拟前端关键电路的基本工作原理和性能参数。然后针对无片外电容LDO,设计了带负反馈环路的源跟随器以及在其基础上采用嵌套式密勒补偿的方式来进一步提高环路稳定性。针对可编程增益放大器,设计了由仪表放大结构轨对轨输入级、轨对轨自动调零全差分运算放大器、数字控制电路以及直流失调补偿电路构成的全差分可编程增益放大器来抑制传感器输出的共模噪声、直流失调以及LDO的输出噪声,同时采用连续时间Auto-Zero校准技术来降低其输入失调电压。对于14位SAR ADC,为提高其转换精度和共模噪声抑制能力,采用差分结构,同时设计了带时钟馈通补偿技术的栅压自举开关来进一步提高转换精度。为降低CDAC的平均功耗和面积,设计了基于VCM-based开关切换策略的分段式差分DAC电容阵列。最后基于湿度传感器电容值与矩形波频率之间关系的原理,设计了湿度测量电路。本文基于华虹0.18μm工艺和Cadence平台完成了多气象传感器模拟前端电路的电路设计、前仿真、版图设计以及后仿真。后仿真结果表明,无片外电容LDO在5种工艺角的不同温度组合下,相位裕度大于74°,具有良好的环路稳定性。可编程增益放大器在进行100次蒙特卡罗仿真下,电源抑制比和共模抑制比在1 k Hz频率处的-1σ值分别为100.4 d B和107.5 d B,输入失调电压的1σ值为22μV。湿度测量电路频率误差为0.03%,精度达到99.97%。将LDO、可编程增益放大器以及14位SAR ADC连接为整体,并在输入端给入频率为244.1406 Hz,幅度较小的低频正弦波信号,电路整体可以实现从输入模拟信号的放大,到最终输出数字码的功能,其有效位数（ENOB）为11.40bit,SINAD为70.37 d B,SNR为71.05 d B,SFDR为83.85 d Bc,THD为-78.55 d B。该研究结果对于多气象传感器模拟前端电路的相关设计具有一定的参考价值。

关键词：模拟前端可编程增益放大器逐次逼近型模数转换器低压差线性稳压器

来源：评论

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10bit宽电源电压范围SAR ADC的设计

10bit宽电源电压范围SAR ADC的设计

引用

作者：刘冠杰电子科技大学

学位级别：硕士

逐次逼近寄存器模数转换器(Successive Approximation Register Analog-toDigital Converter,SAR ADC)作为传感器信号处理、电池管理系统被广泛应用于汽车电子系统、工业控制、便携式设备。汽车电子系统往往需要在恶劣的环境条件下工作... 详细信息

逐次逼近寄存器模数转换器(Successive Approximation Register Analog-toDigital Converter,SAR ADC)作为传感器信号处理、电池管理系统被广泛应用于汽车电子系统、工业控制、便携式设备。汽车电子系统往往需要在恶劣的环境条件下工作;工业控制系统由于负载波动、供电波动、外部干扰等问题,电源电压往往会出现不稳定的情况;便携式设备通常由电池供电,电池电压随着使用时间和设备负载的变化而波动。SAR ADC在这些场景中,需要在电源电压波动较大的情况下保持稳定性和准确性。本文根据宽电源电压范围的中速应用要求,设计了一款工作在2.3V至3.3V电源电压下10位的SAR ADC,电源电压为3.3V时达到20MS/s的采样率,电源电压为2.3V时达到14MS/s的采样率。为解决低电源电压采样速率下降的问题,本设计采用了一种电容电阻混合阵列,有效降低了总电容面积,从而提高了采样速率。比较器由两级预放大级与一级锁存比较器构成,由于预放大级在小信号区间响应是对数关系,锁存比较器则是指数关系,这种结构可以显著提高比较器的响应速度。另外,采用级联失调校准,保证比较器判断的精确度。本设计采用了一种与电源电压无关的参考电流源电路,为比较器提供稳定的参考电流,确保电源电压降低时比较器仍可以正常工作。为满足中速应用需求,设计了一种异步逻辑,此异步逻辑分别为主控制逻辑和DAC(数模转换器)控制逻辑。主控制逻辑根据本位处理所产生的各种状态判断是否完成比较并进入下一位。DAC控制逻辑根据比较器输出,主逻辑指示产生相应的DAC控制信号。通过根据每个模块是否完成进行进而下一步,避免了同步逻辑的无效等待时间,从而提高整体电路的速度。论文基于TSMC 40nm CMOS工艺进行电路仿真。仿真结果表明,本设计在3.3V电源电压下,各个工艺角采样速率达到20MS/s。TT工艺角下ENOB(有效位数)9.91,SNDR(信噪失真比)61.42d B,功耗6.24m W。在2.3V电源电压下,各个工艺角采样速率达到14MS/s。TT工艺角下ENOB 9.90,SNDR 61.39d B,功耗2.16m W。

关键词：逐次逼近型模数转换器宽电源电压范围电容电阻阵列异步逻辑

来源：评论

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基于参考纹波消除技术的10 bit SAR ADC系统设计

基于参考纹波消除技术的10 bit SAR ADC系统设计

引用

作者：李硕江南大学

学位级别：硕士

随着信息化时代的到来,数字化趋势在各个领域变得尤为突出,模数转换器(Analogto-Digital Converter,ADC)作为连接模拟世界与数字世界的桥梁,在消费电子、工业电子以及汽车电子等领域均获得了广泛的发展。对于采用电容阵列对参考电压进... 详细信息

随着信息化时代的到来,数字化趋势在各个领域变得尤为突出,模数转换器(Analogto-Digital Converter,ADC)作为连接模拟世界与数字世界的桥梁,在消费电子、工业电子以及汽车电子等领域均获得了广泛的发展。对于采用电容阵列对参考电压进行分压并对采样信号进行采样的逐次逼近型(Successive Approximation Register,SAR)ADC,目前的研究主要针对于ADC的高速、高精度以及低功耗问题等。另外,由于SAR ADC在逐次逼近的过程中,电容的切换会使参考电压上出现参考纹波噪声,该纹波噪声会影响比较器的判定,进而输出错误的比较结果。因此对于SAR ADC,如何降低或者消除参考纹波也同样是目前亟需解决的重要问题。本论文针对SAR ADC在工作过程中参考电压因ADC采样电容的切换而引入的参考纹波问题提出了一种新的研究方法,通过一个消除DAC对参考纹波进行采样并传输到比较器输入端,同时反转多输入比较器的极性而具有相反的符号,从而消除参考纹波对ADC的影响。本论文的主要研究内容包括以下几个部分: (1)首先搭建一个10 bit SAR ADC模块,模块分为四个部分,即采样DAC电容阵列,比较器,SAR控制逻辑,电容阵列切换开关。将ADC进行PVT仿真,前仿以及后仿结果表明,所设计的10 bit SAR ADC在采样时钟为2.67 MHz、比较时钟为50MHz的条件下均可以实现正确的逐次逼近功能。同时,针对SAR ADC在采样阶段和比较阶段都需要严格的时钟控制的问题,设计多个振荡器模块,来提供ADC正常运行的时钟信号。 (2)针对参考纹波问题,设计相应的纹波消除模块。首先设计纹波消除DAC模块,通过给参考纹波引入一个新的回路加载到比较器的输入端,来抵消参考纹波在主DAC上产生的纹波噪声,进而达到消除的目的;其次,设计带有减法功能的比较器,通过将消除DAC的输出和主DAC的输出相减后再进行比较,确保ADC在关键LSB比较期间消除大多数的参考纹波,从而获得正确的转换结果。针对电源电压不稳定对ADC模块的供电产生的影响以及参考电压由于电源问题产生的不稳定因素,本文设计高PSRR的LDO,来提供稳定的电源电压以及参考电压。 (3)最后,将本文设计的整体电路进行版图设计,针对不同模块的设计需求,进行相应的版图布局。将整体电路的版图进行寄生参数的提取,同时进行后仿对比,仿真显示本文提出的参考纹波消除技术功能正确,能够大大的改善SAR ADC的性能。该参考纹波消除技术使SAR ADC的信噪比从54.78d B提高到了58.44d B,将有效位数从8.8bit提升到9.41 bit,将积分非线性从-1LSB～5LSB降低到-0.2LSB～0.3LSB,将微分非线性从-3LSB～4LSB降低到-0.5LSB～0.5LSB。

关键词：逐次逼近型模数转换器信噪比有效位数积分非线性微分非线性参考纹波消除

来源：评论

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输入时钟可调CR混合型SAR ADC设计与实现

输入时钟可调CR混合型SAR ADC设计与实现

引用

作者：孙远远桂林电子科技大学

学位级别：硕士

模数转换器(Analog Digital Converter,ADC)能将模拟信号转化为数字信号,被广泛的应用在生物医疗、无线通信、工业控制等领域。其中逐次逼近型ADC(Successive Approximation Register ADC,SAR ADC)因结构简单、功耗低、易于集成、与先... 详细信息

模数转换器(Analog Digital Converter,ADC)能将模拟信号转化为数字信号,被广泛的应用在生物医疗、无线通信、工业控制等领域。其中逐次逼近型ADC(Successive Approximation Register ADC,SAR ADC)因结构简单、功耗低、易于集成、与先进工艺适应性好等优点,成为了ADC研究的热点。但是传统的电容型SAR ADC随着精度的增加电路面积和功耗也会增大,且功能比较单一,因此研究实现多功能、小面积、低功耗的SAR ADC具有重要意义。本文基于SMIC 0.11μm工艺,研究设计了一款16路通道输入可选的12bit单端CR混合型SAR ADC。研究的主要工作包括:(1)从低功耗、小面积、高线性度的角度出发,设计采用CR型的DAC,高7位采用二进制电容的结构,低5位采用电阻串分压的结构,相比于传统的二进制电容SAR ADC单位电容数量减少了97%。高7位采用二进制编码加温度计编码的方式,版图结构的设计采用共质心对称,减小电容失配对ADC精度的影响。设计与高位电容阵列相同的Dummy电容的对称结构,可以有效对抗噪声、干扰等非理想因素。针对电阻型DAC的译码电路开关非理想因素和对地寄生电容的问题,提出采用两种译码混合的方式,使用较少的开关数量实现两层开关电路,减小开关过多带来的非理想因素和对地寄生电容。(2)在比较器的精度,速度和功耗之间折中考虑,为了实现轨到轨的输出,采用三级静态预放大电路加动态比较器的结构。针对预放大电路自身的失调问题,加入输出失调存储技术来消除失调电压,增加输入信号的范围,提高ADC的性能。(3)针对于传统SAR ADC的单一转换速率,该ADC利用移位寄存器和其他逻辑电路,将外部输入时钟分成18个周期的移位信号,并根据外部时钟自动产生采样相时钟和比较相时钟,实现外部输入时钟10M以下可调。本文设计的SAR ADC电路版图面积为:658.825μm×295.98μm。对ADC进行了寄生参数提取,后仿真结果表明,在室温tt工艺角下,外部输入时钟为10MHz,转换速率为555.56k Hz,根据相干采样定理输入正弦信号约5.96k Hz的情况下,ADC的有效位数(ENOB)达到10.87bit,信噪失真比(SNDR)为67.22d B,无杂散动态范围(SFDR)为69.72d B,总功耗约为3.24m W。

关键词：逐次逼近型模数转换器 CR混合结构温度计码输出失调存储

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