基于CMOS 12位流水线ADC的设计

摘要

流水线模数转换器(Pipeline ADC)作为连接模拟信号和数字信号的接口被广泛地应用在视频信号处理、高分辨率图像和医学成像等领域中。与其他类型的ADC相比，Pipeline ADC在功耗、精度和速度等方面都有很好的折衷。一些需要转换精度达到10位以上，转换率达到几十兆甚至上百兆的场合，Pipeline ADC能很好的实现ADC对性能的要求。
　　本文在华大九天Aether软件Spectre环境下，设计了基于0.35μm CMOS工艺的12位40Msps Pipeline ADC。整体结构应用前10级每级1.5位ADC，最后一级2位FlashADC，共11级，主要包括模拟和数字两个模块，其中模拟部分包括:采样保持(S/H)电路，Sub-ADC电路、余量增益电路(MDAC)、偏置电路、时钟产生电路等。数字部分包括:延迟电路和数字校正电路。
　　经模拟仿真后得到如下结论:当电源电压达到3.3V，采样频率达到40MHz时，增益自举型运算放大器交流小信号增益为62dB，单位增益带宽为130MHz，相位裕度为74°，输出共模电平为1V，使得Pipeline ADC的精度达到12位，功耗为59.5mW，整体版图面积为1.4mm2，满足Pipeline ADC性能要求。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的与意义

1．2 国内外同类课题研究现状及发展趋势

1．3 论文主要工作内容及安排

第2章 A／D转换器原理基础与类型分析

2．1 A／D转换器的基本原理

2．2 A／D转换器主要性能指标分析

2．2．1 静态特性

2．2．2 动态特性

2．3 A／D转换器类型分析

2．3．1 快闪型(Flash)A／D转换器

2．3．2 两步(two-step)结构A／D转换器

2．3．3 逐次逼近型A／D转换器(SAR ADC)

2．3．4 流水线型A／D转换器(Pipeline ADC)

2．3．5 过采样型A／D转换器(Σ-△ ADC)

2．4 本章小结

第3章 流水线ADC的基本原理及特性分析

3．1 流水线ADC的基本工作原理

3．2 流水线ADC结构的确定

3．3 流水线ADC的非理想特性

3．3．1 运算放大器的非理想特性

3．3．2 比较器的失调

3．3．3 电荷注入和时钟馈通

3．3．4 热噪声

3．4 数字校正技术

3．5 本章小结

第4章 流水线ADC单元电路的设计与仿真

4．1 采样保持电路中各模块的设计与仿真

4．1．1 增益自举开关

4．1．2 运算放大器

4．1．3 电压偏置电路

4．1．4 共模反馈电路(CMFB)

4．1．5 采样保持电路整体仿真

4．2 1．5位／级模数转换器的设计

4．2．1 Sub-ADC的设计

4．2．2 Sub-DAC的设计

4．2．3 MDAC的设计

4．3 最后一级2 bits Flash ADC的设计

4．4 时钟产生电路的设计

4．5 数字电路

4．5．1 延时电路的设计

4．5．2 数字校正电路的设计

4．5．3 数字部分整体设计

4．6 流水线ADC整体电路的设计

4．7 本章小结

第5章 流水线ADC版图设计与验证

5．1 版图的设计规则

5．2 流水线ADC版图的设计与验证

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

声明