12位带校准的逐次逼近模数转换器的研究与设计

摘要

如今，由于数字信号处理具有一定的优势和较高的成熟度，在对模拟信号进行处理时，往往第一步就是使用模数转换器（ADC）将待处理的模拟信号转化为数字信号。转换器的性能将直接影响到信号处理的准确度。目前工程上用到的模数转换器有很多种结构，包括流水线型、sigma-delta型和逐次逼近寄存器（SAR）型等架构。相比于其他架构，SAR ADC具有中等的精度和速度，它的CMOS工艺保证了较小的芯片面积和功耗，且很容易就可以实现多路转换。SAR ADC在精度、速度、成本和功耗上的综合优势，使其被广泛地应用于医疗仪器、工业控制及微处理器的模数转换接口等领域。
　　本论文的工作完成了一个在5V供电电压下，1MHz采样频率下的12位 SAR ADC的设计。研究工作主要有以下几个部分：1、产生逼近电压的数模转换器（DAC）的研究与设计。采用的是分段式的结构，减小了芯片面积和动态功耗。2、比较器的研究与设计。比较器的主要部分是双尾电流动态锁存器，速度较快。为了提高比较器的精度，前端接了两级预放大电路。3、研究电容失配的校准方法，设计校准方案中用到的校准DAC。通过后仿，在对电容引入失配的情况下，转换器的有效位从8.3提高至10.7，可以看出对精度的有效改善。
　　论文的主要难点是电容参数的校准方法。不同于大多数产品的在全数字域进行校准的方法，本论文是采用数模混合的方式进行校准。对于设计中用到的0.5μm工艺，复杂的数字逻辑会导致综合出的电路面积太大。采用数模混合校准的方式，可以简化数字逻辑，减小芯片的耗用面积。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2近年来模数转换器的概况

1.3 SAR ADC的优势

1.4国内外对SAR ADC的研究现状分析

1.5研究工作主要内容

1.6论文各部分主要内容介绍

第二章 SAR ADC的具体介绍

2.1 SAR ADC的工作原理

2.2 SAR ADC的典型结构

2.3 SAR ADC的研究现状

第三章 电容式DAC的研究与设计

3.1 DAC的不同结构

3.2分段电容DAC的工作原理

3.3分段电容DAC具体电路设计

3.4分段电容式DAC的版图设计

第四章 比较器的研究与设计

4.1比较器基本特性

4.2比较器的主要种类

4.3比较器的设计

4.4比较器的版图设计

第五章 12位SAR ADC的校准技术

5.1校准的原理

5.2校准DAC的设计

5.3校准DAC的版图设计

第六章 版图设计及后仿真验证

6.1整体版图设计

6.2整体电路的版图及后仿真

第七章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢