14位流水线ADC中参考电压源的设计

摘要

在各种模数转换器(ADC)中,流水线ADC因在速度和精度上的良好折中而得到广泛的运用。其中的参考电压源为流水线ADC核心模块提供参考电压,其精度直接影响了整个流水线ADC的性能。作为高速高精度模数转换器的重要模块,参考电压源一直是模拟混合信号领域的重点研究内容。本文基于Chartered0.18um,1.8V CMOS mixed signal工艺,研究并设计了一种应用于分辨率14位、转换速率100MSPS的流水线ADC中流水级的参考电压源电路,并完成其版图设计。
　　 本文在阐明流水线ADC工作原理的基础上,分析了参考电压源对流水线ADC性能的影响以及系统对参考电压源的设计要求,提出参考电压源电路的构架,包括带隙基准源、参考电压源配置电路和缓冲电路,并对各部分电路进行了设计。其中,带隙基准源采用了改进的Brokaw型带隙基准以产生0.5V的低基准电压,实现了基准电压的一阶温度补偿。参考电压源配置电路实现了参考电压源片内、片外二种模式以及片内模式下参考电压的四种取值。缓冲电路将参考电压源配置电路产生的参考电压转换成最终送入流水级的差分参考电压源。缓冲电路包括慢基准缓冲电路、源跟随器、电荷泵电压产生电路、电压稳定电路等。最后,论文给出了整个电路的版图设计。
　　 本文利用Candence的Spectre对电路进行了仿真,仿真结果表明:带隙基准源在-40℃～12.5℃的范围内温度系数仅为9ppm／℃,电源电压抑制比为-109.8dB@1KHz,电源电压变化±20％时,基准电压仅变化0.06mV；参考电压源配置电路实现了参考电压片内模式下的四种取值,均达到系统14位的精度要求；缓冲电路产生的差分参考电压源的静态、动态误差均小于0.5LSB(0.06mV),电源电压抑制比为-93.3dB@10Hz,参考电压源建立时间为2.8ns,总输出噪声约为40.7uVrms。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作及结构

第二章 参考电压源的理论基础

2.1 ADC原理及指标

2.2 流水线ADC原理及构架

2.3 参考电压源的系统要求

2.4 参考电压源构架

2.5 基准电压源概述

2.5.1 基准电压源的主要指标

2.5.2 基准电压源的常见类型

2.5.3 Brokaw带隙基准源和一阶温度补偿

2.6 缓冲电路概述

2.6.1 快速基准缓冲电路

2.6.2 慢速基准缓冲电路

2.7 运放的频率补偿和共模反馈

2.7.1 运放频率补偿

2.7.2 差分运放的共模反馈

2.8 小结

第三章 参考电压源电路设计

3.1 Brokaw型带隙基准源设计与仿真

3.1.1 设计指标和电路结构

3.1.2 带隙基准源电路设计

3.1.3 带隙基准源电路仿真

3.2 参考电压源配置电路设计与仿真

3.2.1 参考电压源配置电路结构

3.2.2 参考电压源配置电路设计

3.2.3 仿真结果

3.3 缓冲电路设计与仿真

3.3.1 运算放大器设计

3.3.2 VREF稳定电路设计

3.3.3 源跟随器设计

3.3.4 电荷泵电压产生电路设计

3.3.5 辅助电路设计

3.3.6 参考电压源片外外接电路

3.3.7 缓冲电路仿真

第四章 参考电压源版图设计

4.1 模拟集成电路版图的特点

4.2 模拟集成电路版图设计的基本考虑

4.2.1 匹配性问题

4.2.2 耦合

4.2.3 寄生效应

4.3 参考电压源版图布局

4.4 带隙基准源版图设计

4.4.1 带隙基准源运放版图设计

4.4.2 带隙基准源三极管版图设计

4.4.3 带隙基准源电阻版图设计

4.4.4 带隙基准源整体版图

4.5 参考电压源整体版图

第五章 总结和展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文