应用于流水线A/D转换器的数字校准算法及电路实现

摘要

视频及无线通信技术的快速发展对高速A/D转换器提出了更高的精度要求，流水线结构的A/D转换器能较好地同时满足系统对速度和精度的要求，因此得到广泛应用。数字校准技术作为流水线模数转换器设计中的关键技术一直备受关注，成为诸多学者与工业界研究的热点，本文详细研究了应用于流水线A/D转换器的数字校准算法，并进行了仿真验证。
　　 论文分析了影响流水线结构模数转换器的主要误差源，并且采用了不同的方法来减少这几方面对电路性能的影响。对于电容失配所引入的误差介绍了误差平均技术和电容失配的数字校准技术，对于失调误差分析了校准的原理并且说明了常用的校准形式，对增益误差的校准可以采用基于跳变点高度变化的校准方法和数字后端校准方法。研究了一种带冗余位的数字校准算法。通过改变比较器的阈值电压并且在最后数字输出采用错位相加原理来对流水线A/D的失调电压进行校准，基于SMIC0.35μm CMOS工艺通过HSPICE软件仿真验证了这种算法的正确性。在冗余位数字校准算法的基础上研究了一种基于随机信号的数字校准算法，在校准位加入随机信号到流水线的输出，通过在输出位的随机信号算法，可以使流水线A/D转换器的静态特性得到改善，然后采用MATLAB的SIMULINK工具建模完成了验证。
　　 论文所研究的几种数字校准算法全部采用数字电路来实现，降低了对模拟电路的设计要求。综合利用这几种算法可以使得流水线A/D转换器的性能得到很大的提高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的意义

1.2 数字校准技术研究现状

1.3 本文的工作和论文安排

第二章 ADC原理及流水线结构误差源

2.1 ADC基本理论

2.2 ADC性能参数

2.2.1 静态参数

2.2.2 动态参数

2.3 流水线ADC结构及主要误差源

2.3.1 流水线ADC结构

2.3.2 流水线ADC误差源

2.4 本章小结

第三章 不同误差源的校准

3.1 对电容失配的校准

3.1.1 电容误差平均技术

3.1.2 电容失配校准

3.2 对失调电压的校准

3.2.1 失调校准原理

3.2.2 失调校准的常用形式

3.3 对增益误差的校准

3.3.1 跳变点高度变化的校准

3.3.2 数字后端校准方法

3.4 本章小结

第四章 应用于流水线ADC的数字校准算法

4.1 数字修调技术在校准中的应用

4.1.1 数字修调技术原理

4.1.2 数字修调校准方法

4.1.3 数字修调的实现

4.2 带冗余位的数字校准算法

4.2.1 冗余位校准方法

4.2.2 数字校准算法

4.2.3 冗余位数字校准原理

4.3 包含随机数的数字校准算法

4.3.1 带有随机数的数字校准算法原理

4.3.2 带有随机数的数字校准算法实现

4.4 本章小结

第五章 电路实现及算法验证

5.1 数字校准电路结构

5.2 电路设计及验证

5.2.1 锁存器电路设计

5.2.2 延迟电路设计

5.2.3 全加器电路设计

5.2.4 修调电路仿真验证

5.2.5 校准电路仿真验证

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果