8位16Msps流水线型ADC电路设计研究

论文摘要

近年来，随着微电子技术、计算机技术以及数字信号处理技术（DSP）的发展，数字信号的处理无论在速度或是在精度上都有了飞速的发展。因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。作为模拟信号通向数字信号的桥梁，模数转换器（ADC）发挥着越来越重要的作用。本文在分析ADC的工作原理、结构特点的基础上，设计了一款应用在数字音频广播（DAB）芯片中的8位16Msps流水线型模数转换器。对Pipeline（流水线型）ADC的采样保持电路、运算放大器、比较器、带隙基准源及其启动电路等关键模块进行了分析和设计，给出了各个模块电路的仿真结果和版图设计结果。基于TSMC0.18um工艺，采用spectre仿真工具对流水线型ADC进行了后仿真。仿真结果表明，该ADC的DNL为-0.1LSB0.1LSB，INL为-0.1LSB0.2LSB，无杂散动态范围为59.85dB，信号噪声失真比为49.56dB，有效位数为7.95，功耗为27mW，基本满足设计指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 模数转换器的研究意义
• 1.2 国内外的发展状况
• 1.3 本论文的主要内容和结构
• 第二章 ADC 的工作原理、性能参数及结构种类
• 2.1 模数转换器的工作原理
• 2.1.1 模数转换器的工作框图
• 2.1.2 模数转换器的采样原理
• 2.2 模数转换器的主要技术指标
• 2.2.1 静态特性
• 2.2.2 动态特性
• 2.3 模数转换器的结构类型及性能比较
• 2.3.1 逐次逼近型 ADC（SAR ADC）
• 2.3.2 ∑-△（Delta-Sigma）调制型 ADC
• 2.3.3 并联比较型 ADC（FLASH ADC）
• 2.3.4 流水线型 ADC（Pipeline ADC）
• 第三章 流水线型 ADC 的结构与电路分析
• 3.1 1.5bit/每级 Pipeline ADC 工作原理
• 3.2 采样保持电路的结构研究
• 3.2.1 采样开关的结构
• 3.2.2 采样开关的精度问题
• 3.2.3 采样电容的选择
• 3.2.4 采样保持电路结构
• 3.3 MDAC 电路的结构与设计分析
• 3.3.1 MDAC 的结构框图
• 3.3.2 运算放大器的指标
• 3.3.3 运算放大器的设计
• 3.4 Sub ADC（子 ADC）的结构与设计
• 3.4.1 Sub ADC 的工作原理
• 3.4.2 比较器的结构分析与设计
• 3.5 参考电压源的设计
• 3.5.1 恒定 Gm 偏置电路的设计
• 3.5.2 带隙基准源的设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 PipelineADC 的 Spectre 仿真及版图设计
• 4.1 采样开关
• 4.1.1 采样开关的电路实现及仿真结果
• 4.1.2 采样开关的版图设计
• 4.2 运算放大器
• 4.2.1 运算放大器的电路实现及仿真结果
• 4.2.2 运算放大器的版图设计
• 4.3 Sub ADC 电路的实现与仿真
• 4.3.1 Sub ADC 中比较器的实现
• 4.3.2 Sub ADC 的版图设计
• 4.4 带隙基准源
• 4.4.1 带隙基准源电路启动设计及仿真
• 4.4.2 带隙基准源的版图设计
• 4.5 Pipeline ADC 的顶层仿真和版图实现
• 4.5.1 Pipeline ADC 仿真的整体仿真
• 4.5.2 Pipeline ADC 的版图设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献