应用于电阻式触摸屏控制的12位SAR型模数转换器设计

摘要

作为沟通模拟世界和数字世界的桥梁，A/D转换器已经成为集成电路中最重要的模块之一。本文设计一种SAR型A/D转换器，主要在便携式电子设备领域的触摸屏控制中运用。
　　本文通过比较常用的几种A/D转换器的结构，从速度、精度、功耗、成本几方面折中考虑，选择了逐次逼近型A/D转换器，又因为全电荷再分配的结构具有采样/保持模式，省去了传统A/D转换器中所需的采样/保持电路。所以最终设计围绕全电荷再分配的结构SAR型A/D转换器进行。
　　采样通道关系到采样输出电压与采样输入电压的线性度，因此通道的设计在本文中也有涉及。D/A转换器中的电容阵列采用了2级D/A转换器(4MSB加8LSB)的方式实现了电荷按比例缩放，大大降低了电容的面积。
　　比较器采用了级联失调校准技术，级联失调校准将传统输入校准(IOS)或输出校准(OOS)交替进行，降低了比较器的失调。通过仿真，该比较器在2MHz时钟下，可以有效区分200μV压差，校准10mV输入失调，3V电压下典型功耗234μW。
　　通过时序设计使A/D转换器具有6通道采样的功能。采用串行控制序列，可以实现通道切换和工作模式的切换。本文还通过对工作时序优化，在2MHz时钟下，以16个时钟作为一个转换周期，A/D转换器达到了125kSps的吞吐率。
　　本文使用hspice和Matlab工具，对此次设计中的A/D转换器进行了功能和性能仿真，得到±2LSB的积分非线性(INL)，±1LSB的差分非线性(DNL)的结果。
　　模拟电路版图设计的好坏直接影响A/D转换器的性能，因此本文专门利用一个章节进行电容阵列模块，比较器模块，I/O模块等关键模块的版图设计。
　　本次设计基于CSMC0.35μmN阱2P2M(双多晶硅双金属)混合信号工艺，芯片面积0.89mm2，流片后采用TSSOP-16封装形式封装，此A/D转换器的功能在4线电阻式触摸屏控制应用中得到验证。