10位5兆赫采样频率CMOS流水线式模数转换器的分析与设计

摘要

模拟信号是客观世界信息的主要载体，随着数字技术的日益发展，数字技术显示出模拟技术无法比拟的优越性，越来越多的模拟信号逐渐采用数字系统进行处理。模数转换器是将模拟信号转换成为数字信号的器件。模数转换器有着非常广阔的应用范围。与其它结构相比，流水线结构(Pipelined Architecture)ADC的特点是既能实现高速又能实现相当的分辨率。一般认为，对于分辨率>10-bit，转换率>5MSample/s的高速高精度ADC来说，基于标准CMOS工艺，采用流水线结构是一种合理的设计方案。采用CSMC(无锡上华)0.6μmCMOS双多晶双金属工艺模型对这些模块和系统进行电路的设计和仿真。 流水线ADC中的每个模块都包含有采样/保持电路来保持模拟输入信号或余数信号，因此流水线ADC的每一级在完成对一个信号的采样量化后可立即对新采样进行处理，所以显著地提高了数据吞吐率。流水线ADC每一级的量化由一个低分辨率的并行ADC完成。量化信号从输入信号中减去，所得的余数经过级间放大器放大后可被下一级的电路采样，这些操作可由一个叫做增益DAC(MDAC)的模块完成。MDAC模块具有数模转换、减法、放大和采样，保持功能，该模块采用全差分的开关电容电路来实现；通过电荷在输入电容和反馈电容之间的重新分配，MDAC可精确地实现减法和余数的放大，同时极大地简化了电路结构。对应于同一输入信号的各级并行ADC的输出需要输入到数字校正逻辑进行同步。在流水线各级之间引入冗余位，这样各级分辨率的和就大于流水线ADC的整体分辨率，然后通过数字校正算法消去这些冗余位，这样做可以消除比较器和级间放大器的偏移所带来的影响。 文中重点对流水线式模数转换器中放大电路，采样保持电路，子模数，子数模，纠错电路进行设计。从原理入手，分析了流水线结构的模数转换器的功能与特性，根据功能划分各子模块并分别对各部分进行了的叙述。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章模数转换器概述

1.1论文的背景及意义

1.2模数转换器的现状及分类

1.3论文组织结构

1.4本章小结

第二章流水线型模数转换器的基本原理

2.1流水线工作方式原理

2.2流水线型模数转换器工作原理

2.3流水线型模数转换器主要性能指标

2.4误差分析及系统指标对于设计的要求

2.5本章小结

第三章1.5 Bit流水线型模数转换器电路结构选取

3.1 1.5 Bit纠错算法的采用

3.2 1.5 Bit流水线型模数转换器的结构

3.3本章小结

第四章10位5兆赫采样频率CMOS流水线型模数转换器的分析与设计

4.1 OTA运算放大器的设计及仿真

4.2采样保持电路设计与仿真

4.3数模转换子电路设计

4.4模数转换子电路设计

4.5误差校正电路设计

4.6系统仿真

第五章总结

致谢

参考文献