12位带数字校准的SAR ADC设计与实现

摘要

在纳米工艺节点下，为了满足系统要求驱动模数转换器（ADC）向高速、高精度和低功耗领域发展。由于SAR ADC具有低功耗、结构简单、易集成等优点成为研究的热点。为满足高精度应用需求，本文主要研究了在12位SAR ADC中数字校准算法，为减小采样电容的面积开销及输入负载本文采用分裂电容阵列的电容DAC。
　　影响SAR ADC线性度的主要是电容失配，针对这个问题本论文在自校准算法的基础上提出了改进算法。改进算法节省了1/4的电容开销，可以直接利用数字电路对误差电压进行校准，取得了较好的校准效果。针对低功耗的要求，在对比分析了4种开关方式后，选择能效最好的单片开关方式，相对于传统的开关方式这种方法可以节省81％的功耗开销。另外，论文详细分析了分裂电容结构原理，为改善线性度，本文设计了衰减电容为整数电容的两段式电容阵列。最后论文通过MATLAB建模的方式确定了关键电路模块的指标，本文详细分析关键电路模块原理。
　　最后基于分裂电容阵列的数字校准算法设计实现了一个12位采样速率为500KSPs的带数字校准的SAR ADC。版图后仿结果表明该ADC获得输入频率为奈奎斯特频率有效精度11.2位，功耗为1mW，FoM值为5.6pJ/conv-step，在相似的工作条件下Analog Devices公司AD7892系列产品功耗为60mW。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 模拟集成电路在纳米工艺下的机遇与挑战

1.2 SAR ADC研究现状

1.3 论文组织结构

第二章 传统ADC结构

2.1 常见模数转换器

2.2 SAR ADC的实现方法

2.3 静态误差来源

2.4 动态误差来源

2.5 本章小结

第三章 分裂电容阵列

3.1 DAC电容阵列

3.2 单位电容值的计算

3.3分裂电容阵列各参数对性能的影响

3.4 本章小结

第四章 基于分裂电容阵列的校准算法

4.1 电容阵列失配误差

4.2 自校准算法

4.3 改进的校准算法

4.4 校准算法对比

4.5 本章小结

第五章 带数字校准的SAR ADC设计与实现

5.1 体系结构

5.2 行为级模型分析

5.3 模块电路分析

5.4 实验结果

4.5 本章小结

第六章 总结和未来工作

5.1 总结

5.2 未来工作

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果