10位逐次逼近式模数转换器中的数模转换器实现

摘要

由于数字电子技术的迅速发展,尤其是数字计算和信号处理技术在医疗成像、仪器仪表、通讯等领域的广泛应用,用数字电路处理模拟信号的情况日益普遍.所以模拟信号数字化是信息技术的发展趋势,而A/D和D/A转换器在其中扮演着重要角色.该文首先简要分析了目前A/D转换器的研究、应用和发展趋势.然后在第二章详细介绍了一种自顶向下(top-down)的混合信号SOC设计流程,作为A/D和D/A转换器设计的指导方法.在第三章介绍了整个A/D转换器的结构设计和系统组成后,文章的主体部分第四章给出了该文所研究的l0位逐次逼近式A/D转换器的重要组成部分--D/A转换器的设计.该文将以基于TSMC 0.25um工艺的D/A转换器的设计全过程作为研究的重点.根据描述电路功能和性能的电气规范,设计从确定D/A转换器的结构开始.在研究了目前常用的D/A转换器结构之后,根据该设计的具体要求确定采用电阻分压和权电容阵列组合的D/A转换结构.然后,基于对电阻本身固有的失配带来的精度限制的考虑,经过具体计算确定了电阻分压式D/A转换器为7位,相应的权电容D/A转换器为3位.接下来进行了具体的电路设计和仿真,在设计中,所有的工作都以提高转换精度和速度为首要目标,在此前提下同时考虑面积及成本问题.最后进行版图的设计和物理验证.根据处理信号的种类不同将版图分为数字电路、模拟电路和混合信号电路三类,每类电路对版图设计都有不同的要求.这也是D/A转换器与全模拟电路版图设计的不同之处.在完成版图设计后,还进行了几何规则检查和版图与电路一致性的检查.文章的最后对论文工作进行了总结,并结合已经完成的工作提出了下一步的研究方向.

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第一章绪论

1.1微电子技术的发展

1.2模数转换器

1.2.1 A/D转换器的发展历史

1.2.2 A/D转换器的应用

1.2.3 A/D转换器的发展趋势

1.3文章的章节安排及主要内容

第二章混合信号SOC设计方法

2.1概述

2.2混合信号SOC设计流程

2.2.1概述

2.2.2自顶向下(top-down)的设计方法

2.2.3系统级设计

2.2.4模拟电路综合

2.2.5混合信号仿真

2.2.6物理实现

2.2.7物理验证

2.2.8后仿真

2.3小结

第三章逐次逼近式ADC系统设计

3.1 A/D转换器简介

3.1.1 A/D转换器工作原理

3.1.2 A/D转换器的主要性能参数

3.1.3各种结构A/D转换器简要介绍

3.2 A/D转换器结构的确定

3.2.1 A/D转换器顶层电气规范

3.2.2逐次逼近式(SAR)A/D转换器工作原理

3.3 10位SAR ADC系统设计

3.3.1数字子系统设计

3.3.2模拟子系统设计

3.4小结

第四章1 0位D/A转换器的设计

4.1 D/A转换器简介

4.1.1理想D/A转换器工作原理

4.1.2 D/A转换器的性能参数

4.2各种不同结构的D/A转换器

4.2.1串行D/A转换器和并行D/A转换器

4.2.2不同编码方式的D/A转换器

4.2.3不同基准产生方式D/A转换器

4.3 10位D/A转换器的结构设计

4.3.1电气规范

4.3.2确定转换位数

4.3.3确定电阻阵列和电容阵列的位数

4.3.4 1 0位D/A转换器的结构实现和转换原理

4.4七位RDAC的电路实现

4.4.1概述

4.4.2信号描述

4.4.3工作原理

4.4.4高3位译码电路(msb_decoder)

4.4.5 rdac_chords模块的设计

4.4.6 res_switch2模块的设计

4.4.7 RDAC整体仿真

4.5三位CDAC的电路实现

4.5.1概述

4.5.2信号描述

4.5.3工作原理

4.5.4比较电容阵列和取样电容阵列的设计

4.5.5开关电路的设计

4.5.6 CDAC整体仿真

4.6 10位RCDAC版图设计及验证

4.6.1整体布局

4.6.2不同模块版图设计

4.6.3物理验证

4.7小结

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文