适用于多模无线通信系统的可重构流水线模数转换器研究与设计

摘要

随着模数转换器(ADC)在宽带无线接收机系统中不断向天线端靠近，对其分辨率和转换速率的要求也越来越高。目前移动通信正在经历从第二代(2G)向3G甚至4G过渡的阶段，兼容多种通信标准的可重构技术和软件无线电技术被认为是实现这一过渡的两种最具潜力的解决方案。针对上述应用，在现有的各种ADC架构中，流水线ADC在功耗和面积方面具有很好的折中，日益成为研究的热点。但是在深亚微米工艺条件下，设计并实现流水线ADC的高精度、高速和低功耗性能是一项非常具有挑战性的工作。
　　本论文专注于多模无线接收机系统中可重构，特别是高速、高精度流水线模数转换器的研究、设计和测试，参与设计了两款电路原型。一款是应用于脉冲式射频超宽带(IR-UWB)系统的欠采样ADC，采用0.13μmRFCMOS工艺。硅片验证表明，该芯片可以在1.2V单电源电压下达到1-bit3GS/s的性能，对于2.1GHz的信号输入，最小可检测电平为62.4mVpp，实现了设计预期。在具体电路设计上，为了降低比较器和数字模块的工作速度，采用16通道时间交织架构，但是需要一个1:16占空比.脉冲宽度为333ps的通道选择信号发生电路。本论文采用一种环振电路产生上述信号，其中应用了两款新颖的高速D触发器电路。此外，为产生全局时钟，设计了一款高速宽带预分频电路，作为锁相环分频器的组成部分。
　　本论文的另一款原型是应用于多模无线接收机系统的中频采样带通可重构流水线ADC，具备10MS/s到100MS/s的转换速率可重构能力和14位分辨率。为达到上述设计目标，本论文采用了一种三相开关电容MDAC电路，大大加快了建立速度。并且基于各种非理想因素，搭建了一个系统优化平台.方便系统的优化设计，为电路设计提供指导。ADC的可重构功能是通过改变运放的偏置电流实现的，因此系统的优化和运放优化设计是本论文的两个研究重点。为了进一步提高这款ADC的性能，设计了一种全定制高匹配度的金属-绝缘层-金属(MIM)电容拓扑，并且采用了一种数字校准算法。该ADC采用0.13μmRFCMOS工艺，目前正处于流片之中。期望在100MS/s，1.2V单电源供电条件下，获得近72dB的信噪比，且功耗小于100mW。