一种带数字校准电路的10位SAR-ADC设计

摘要

随着集成电路的迅猛发展，芯片设计中对于电路的功能要求也越来越多。模数转换器能够采集信号并转换为数字串，这一特性也使得它在现代集成电路的应用中占有一席之地。而逐次逼近移位寄存器型模数转换器能够实现中精度和中速度的转换，在模数转换器的应用中依然比较普遍。
　　 文章基于和舰0.18um工艺设计了一款带有消除电容误差校准电路的十位逐次逼近模数转换器。通过各个模块的结构对比，选出了适合本设计要求的最优化电路，将数模转换器与采样保持电路结合，不仅可以省去电容增加的额外版图面积和功耗，还能在布局上给电容阵列的匹配设计省去一部分的工作。为消除电容失配误差，设计时加入了校准电路，它可以在整体电路工作之前对电容阵列的误差加以计算，并将数值进行存储，在模数转换器真正工作时再将误差并入比较器的一端，这样就可以消除因为电容的失配而引起的误差，其中开关全部为CMOS传输门，这样可以在一定程度上增加传输的速率。最后对各个模块进行了模拟仿真及版图制作工作，目前正对在整体电路进行寄生电容参数的提取与后仿真。
　　 仿真结果表明:电路的两个主要参数指标，积分非线性误差(INL)与微分非线性误差(DNL)分别控制在设计要求的±0.1LSB与±0.05LSB以内，其它指标也满足设计要求，后续工作完成后即将送出流片。

目录

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摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 模数转换器现状和发展趋势

1．1．1 模数转换器的由来

1．1．2 模数转换器的普及

1．1．3 模数转换器的发展趋势

1．2 A／D转换器校准电路

1．3 项目的提出

1．4 论文结构与工作安排

第2章 A／D转换器简介

2．1 A／D转换器的原理

2．2 A／D转换器的分类

2．3 A／D转换器的特性

2．3．1 A／D转换器的静态指标

2．3．2 A／D转换器的动态指标

2．4 逐次逼近A／D转换器结构

2．4．1 采样保持电路结构

2．4．2 数模转换(DAC)电路结构

2．4．3 比较器结构

2．5 逐次逼近模数转换器工作原理

2．6 逐次逼近ADC中的噪声

2．6．1 热噪声

2．6．2 闪烁噪声

2．7 数字校准电路

2．8 本章小结

第3章 逐次逼近ADC结构优化

3．1 逐次逼近ADC的特点

3．2 逐次逼近ADC设计要求与电路设计

3．2．1 采样保持电路设计

3．2．2 DAC设计

3．2．3 比较器设计

3．3 数字校准电路的设计

3．3．1 双金属电容

3．3．2 校准算法

3．4 本章小结

第4章 逐次逼近ADC模块电路设计

4．1 逐次逼近ADC设计框架

4．2 逐次逼近ADC模块电路及仿真

4．2．1 时钟产生电路

4．2．2 逐次逼近移位寄存器

4．2．3 比较器电路

4．2．4 DAC以及采样保持电路

4．2．5 其他电路

第5章 数字校准模块设计及ADC整体仿真

5．1 数字校准电路模块设计

5．1．1 校准电压误差

5．1．2 校准电路模块结构

5．2 版图设计

5．3 逐次逼近ADC整体仿真

5．3．1 逐次逼近ADC AC仿真

5．3．2 逐次逼近ADC功耗

5．3．3 逐次逼近ADC DC仿真

结论

参考文献

附录A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢