用于高速A/D转换器的高精度基准源设计研究

摘要

众所周知,模数转换器是联系模拟世界和数字世界之间的纽带,被普遍应用在无线通信等高端电子设备中。同时,由于基准源为模拟转换器提供直流偏置电压和偏置电流,所以基准源的性能会直接影响模数转换器的指标。近几年由于集成电路不断地进步和工艺不断地革新,也推动模数转换器朝着高速高精度的方向迅速发展,所以一个具有高性能的基准源就显得极为关键。
　　本文首先设计了一个高性能的单端带隙基准电压源电路,然后重点分析了运算放大器、电流镜等引入的非理想因素对基准源的影响。由于目前大多数高速模数转换器为了抑制共模噪声和干扰,都是处理差分信号的,所以在该带隙基准电压的基础上,设计了差分参考电压。利用Cadence工具中Spectre仿真,其结果表明:在-50℃到125℃的温度范围内,带隙基准电压的TC=6.45ppm/℃,PSRR=84.61dB。然后设计了一个工作在亚阈值区域的非带隙基准电压源电路,它可以应用到低压低功耗的电路中,仿真结果表明:工作温度范围在-20℃到120℃时,温度系数是4.862ppm/℃;工作在室温,且电源电压为1V时,得到的参考电压为243mV,电源抑制比为57.07dB,功耗为2.05nW。
　　论文利用具有正温度系数的VBE和具有正温度系数的电阻,实现了基准电流源,在基准电流源的基础上,设计了为高速模数转换器提供比较电平和残差电压的差分参考电压。仿真结果表明:在-25℃到85℃的温度范围内,基准电流的TC=34.48ppm/℃, PSRR=116.46dB,差分参考电压的 TC=32.2ppm/℃,PSRR=48.6dB。最后,基于SMIC0.35μm2P3M3.3V CMOS标准工艺,实现了差分参考电压电路的物理版图,总面积为0.84mm*0.8mm。

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第一章 绪论

1.1 基准源电路的研究背景

1.2 国内外发展现状与趋势

1.3 论文主要的研究工作及论文结构

第二章 基准源电路设计的理论基础

2.1 基准源的主要性能指标

2.2 带隙基准电压源的工作原理

2.3 基准电流源的工作原理

2.4 本章小结

第三章 高速 ADC 中基准源的作用与意义

3.1 流水线 ADC 的工作原理

3.2 基准源对高速 ADC 的影响

3.3 本章小结

第四章 带隙基准电压源

4.1 带隙基准电压源的具体设计

4.2 带隙基准电压源的非理想因素

4.3 基于 VBG 产生的差分参考电压

4.4 带隙基准电压源的仿真与分析

4.5 非带隙基准电压源简介

4.6 本章小结

第五章 基准电流源

5.1 基准电流源的设计

5.2 无源器件电阻 R 和电容 C 的选择

5.3 启动电路的设计

5.4 差分参考电压的实现

5.5 基准电流源的仿真

5.6 本章小结

第六章 版图设计与后仿真

6.1 版图设计的设计规则

6.2 基准源的版图设计

6.3 后仿真

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果