12bit-100MHz流水线模数转换器关键单元的研究与设计

摘要

随着人类对数字生活的依赖日益加深，模拟器件的生存空间愈见兴旺，归根结底都是来源于真实感官世界的需求。自然界是一个模拟的世界，人们以模拟的方式对其进行感知和改造，作为数字领域与模拟世界的连接桥梁，模数转换器已成为现代电子系统必不可少的关键部分。如何提高模数转换器的性能、降低功耗、控制成本成为一个重要问题。流水线结构模数转换器以其高速度、高精度的特性以及兼顾面积和功耗的要求而得到了广泛的应用。因此，本文主要对一种12bit、采样频率100MHz的流水线模数转换器进行了研究和设计。
　　 本文首先从流水线模数转换器的基本原理入手，通过分析其主要性能参数、1.5bit/级数字校正原理及非理想特性与误差来源，对其作系统级优化设计，并提出一种共享运算放大器的改进型可重构流水线结构。该结构有两种工作模式：模式1为12bit、采样频率100MHz的8级流水线模数转换器；模式2为9bit、采样频率50MHz的双通道5级流水线模数转换器，两种工作模式通过一组互斥开关相互切换。与传统结构相比，本文提出的改进型可重构流水线结构的运算放大器数量节省了近一半。最后给出了流水线级对运算放大器的要求及指标的计算方法，并对流水线模数转换器的关键单元电路如运算放大器、比较器、MDAC、线性开关做了设计与仿真。