12位高速高精度流水线ADC的设计

论文摘要

近年来,在高质量的视频信号处理、高性能数字化通讯以及医学成像等方面,需要采用高速高精度的A/D转换器。为了满足这些需求,需要在电路结构和工艺技术方面进行不断的研究,特别是应用标准CMOS工艺来制造这种ADC。ADC的设计和制作正在朝着低功耗、高速、高分辨率的方向发展。由于具有高精度和高采样速率等优点,流水线结构ADC的研究和设计引起了广泛关注。课题采用0.18μm标准CMOS工艺设计了一种12位高速高精度流水线ADC。流水线ADC主要包括模拟电路部分和数字电路部分,论文主要对模拟部分及时钟产生电路进行了设计,并对数字纠错部分作了详细的理论分析。该ADC主要由11级流水线组成,前10级结构相同,为每级1.5位,包括动态比较器、子DAC及余差放大器;最后一级为2位ADC。首先,在深入研究电路工作原理的基础上,进行ADC系统设计,并对整体电路进行系统仿真和分析。从影响ADC性能的各种非理想因素入手,在逐一改善这些非理想因素影响的过程中,确定电路的具体结构。然后,详细论述动态比较器、子DAC、CMOS运算放大器、开关电路、MDAC电路及时钟产生电路的设计和仿真,深入分析电路仿真结果,确保设计电路达到需要的性能指标。最后,深入讨论模拟部分版图设计相关问题,并完成了版图设计和验证工作。设计的整个电路达到主要性能指标为:分辨率为12位、最高采样率为100MSPS,1.8V单电源供电,功耗约为80mW,采用差分输入,线性度良好,其INL＜0.5LSB,DNL＜0.5LSB。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 模数转换器的研究现状
• 1.2 课题提出
• 1.3 课题研究内容
• 第二章 流水线ADC工作原理及系统设计
• 2.1 流水线ADC结构
• 2.2 数字纠错原理
• 2.3 ADC静态参数和动态参数定义
• 2.3.1 静态参数
• 2.3.2 动态参数
• 2.4 ADC总体结构
• 2.5 ADC系统仿真
• 2.6 本章小结
• 第三章 电路设计及仿真
• 3.1 动态比较器
• 3.1.1 1.5 位动态比较器
• 3.1.2 子ADC电路设计及仿真
• 3.2 CMOS运算放大器设计
• 3.2.1 CMOS运放的结构选择与设计
• 3.2.2 CMOS运算放大器的电路分析
• 3.2.3 开关电容共模反馈电路
• 3.2.4 运算放大器的仿真
• 3.3 MDAC电路设计
• 3.3.1 开关电路的设计
• 3.3.2 子DAC电路
• 3.3.3 前10级MDAC电路
• 3.3.4 第11级2位ADC电路
• 3.4 时钟电路设计
• 3.5 带隙基准电路设计
• 3.6 数字纠错电路设计
• 3.7 总体电路仿真与结果分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 ADC版图设计
• 4.1 工艺实现
• 4.2 整体布局考虑
• 4.3 MOS管的匹配考虑
• 4.4 电容的匹配考虑
• 4.5 电阻的匹配考虑
• 4.6 总体版图设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录A 12位流水线ADC电路原理图
• 在学研究成果
• 致谢