数字辅助流水线ADC关键单元设计

摘要

随着电路系统数字化程度不断提高，模数转换器作为模拟信号与数字信号的接口电路，其作用也越来越重要。在诸多类型的模数转换器中，流水线模数转换器以其高速度和高精度而得到广泛应用。传统流水线模数转换器以模拟电路为主，其功耗、速度和精度之间存在严格的制约关系。而数字辅助流水线模数转换器采用简单的模拟电路代替复杂的数字电路，即在流水线的第一级采用简单的开环放大器，降低功耗，提高速度，在数字校正部分使用精确的校正算法校正开环放大器产生的非线性误差，改善精度，从而有效解决了传统流水线功耗、速度和精度之间严重的制约关系。
　　设计了12位40MS/s数字辅助流水线 ADC的关键单元。首先分析系统整体结构，在考虑开环放大器非线性因素的基础上，建立系统的Verilog-A模型，验证校正方法的正确性。使用Cadence中的Spectre仿真软件，对没有数字校正的系统和带有数字校正的系统进行静态参数仿真，其 INL从(-18LSB,0.4LSB)降低到(-0.4LSB,0.2LSB)，DNL从(-0.5LSB,0.4LSB)降低到(-0.2LSB,0.2LSB)。并对带有数字校正的系统进行动态参数仿真，得到其 SFDR达到86dB，SNDR达到72dB。另外，使用SMIC0.35μm混合信号 CMOS工艺，设计流水线第一级电路，按照建模的方法，在子 ADC的最后一位加入伪随机信号，仿真结果表明在电路上实现了后台数字校正算法所要求的双余量曲线。

目录

数字辅助流水线ADC关键单元设计

DESIGN OF MAIN CELLS IN DIGITALLYASSISTED PIPELINE ADC

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 论文的结构安排

第2章 模数转换器的基本介绍

2.1 模数转换器的性能参数

2.1.1 静态参数

2.1.2 动态参数

2.2 模数转换器的分类

2.2.1 全并行结构模数转换器

2.2.2 流水线结构模数转换器

2.2.3 逐次逼近型模数转换器

2.2.4 Σ-Δ模数转换器

2.3 本章小结

第3章 系统高层次行为模型设计及仿真

3.1 Verilog-A简介

3.2 传统流水线模数转换器原理及设计方法

3.2.1 单级流水线的传输函数

3.2.2 流水线ADC总数字输出表达式

3.2.3 冗余位校正

3.3 数字辅助流水线行为级描述

3.3.1 第一级行为级描述

3.3.2 数字校正模块的行为级描述

3.3.3 参数估计模块的行为级描述

3.4 系统建模仿真方法及仿真

3.4.1 静态仿真结果

3.4.2 动态仿真结果

3.5 本章小结

第4章 第一级电路设计及仿真

4.1 子ADC的设计及仿真

4.1.1 电阻梯的设计

4.1.2 比较器设计

4.1.3 子ADC的仿真

4.2 开环放大器的设计及仿真

4.2.1 主放大器设计

4.2.2 偏置复制电路

4.2.3 开环放大器的仿真

4.3 MDAC的设计及仿真

4.3.1 传统MDAC电路设计

4.3.2 MDAC的设计

4.3.3 MDAC仿真结果

4.4 本章小结

结论

参考文献

附录1 非线性函数的反函数求法

附录2 ADC的Verilog-A静态测试程序

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢