基于0.18μm CMOS工艺的6位GS/s并行模数转换器设计

论文摘要

模拟数字转换器是现代通信、雷达以及众多消费电子产品中的关键器件,作为连接模拟世界和数字系统的纽带,高性能的模拟数字转换电路常使用在混合信号处理的电路设计上。目前模拟数字转换器主要的研究方向大多着重在精度及速度上的提升,这样才可以处理更快且更复杂的模拟信号。论文介绍了一种新颖的6位全并行超高速模数转换集成电路的设计,应用于低功率及高速CMOS电路中。论文从原理着手,通过分析现有的国内外模数转换集成电路的发展状况,详细的介绍了全并行结构模数转换器的功能和特性,分成几个子模块并分别对各个子模块进行研究,自行设计并独立完成了电路的仿真工作。仿真结果表明在16.6MHz信号输入1GHz采样率时,有效位为5.6,功耗小于500mW。积分非线性和微分非线性的最大值分别小于0.6LSB和0.4LSB。满足高速度、低功耗的要求。论文所提出的模拟转数字转换器本设计很适合使用标准的CMOS工艺来制作,也可以很好的应用于嵌入式SOC电路设计中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 模数转换的主要应用领域
• 1.2.1 通信领域
• 1.2.2 数据存储领域
• 1.3 模数转换的发展趋势
• 1.4 本论文的研究意义及结构
• 第二章 ADC 的性能指标和结构
• 2.1 概述
• 2.2 ADC 的性能指标
• 2.2.1 静态参数
• 2.2.1.1 微分非线性（DNL）
• 2.2.1.2 积分非线性（INL）
• 2.2.1.3 失调误差（Offset Error）
• 2.2.1.4 增益误差（Gain Error）
• 2.2.1.5 分辨率（Accuracy）
• 2.2.1.6 精度（Resolution）
• 2.2.2 频域动态参数
• 2.2.2.1 信噪比（SNR）
• 2.2.2.2 信号与噪声加谐波失真比（SNDR）
• 2.2.2.3 有效位（ENOB）
• 2.2.2.4 总谐波失真（THD）
• 2.2.2.5 无杂散动态范围（SFDR）
• 2.2.3 时域动态参数
• 2.2.3.1 孔径时间（Aperture delay）
• 2.2.3.2 缝隙抖动（Aperture jitter）
• 2.2.4 其他参数
• 2.2.4.1 功耗
• 2.2.4.2 转换时间和转换速率
• 2.2.5 小结
• 2.3 高速ADC 的结构
• 2.3.1 全并行模数转换（Flash ADC）
• 2.3.2 分段结构模数转换器（Subranging ADC）
• 2.3.3 多级结构（Multistep ADC）
• 2.3.4 流水线结构（Pipeline ADC）
• 2.3.5 插值技术（Interpolation）
• 2.3.6 折叠结构（Folding ADC）
• 2.3.7 过采样结构（Oversamping ADC）
• 2.3.8 逐次逼近型（SAR）ADC
• 2.3.9 小结
• 2.4 高速数据转换器设计存在的问题
• 2.4.1 时间误差（Timing Error）
• 2.4.2 失真误差（Distortion Error）
• 第三章 6 比特超高速全并行ADC 设计
• 3.1 概述
• 3.2 系统模块设计
• 3.2.1 参考电压生成电路
• 3.2.2 前置放大器设计
• 3.2.3 比较器设计
• 3.2.3.1 比较器设计的一般指标
• 3.2.3.2 再生锁存比较器设计
• 3.2.3.3 锁存电路
• 3.2.4 编码电路设计
• 3.2.4.1 编码类型
• 3.2.4.2 温度计码中的火花码
• 3.2.4.3 比较器的亚稳态效应
• 3.2.4.4 温度计码/格雷码编码电路
• 3.2.4.5 格雷码/二进制码编码电路
• 3.2.5 输出缓冲器设计
• 3.3 小结
• 第四章 电路的仿真与版图设计
• 4.1 电路的仿真
• 4.1.1 电路的仿真原理图
• 4.1.2 电路仿真形式
• 4.1.3 系统仿真结果
• 4.1.4 小结
• 4.2 电路的版图
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 版图设计的考虑因素
• 4.2.3 ADC 的版图设计
• 4.2.4 小结
• 第五章 结论与前景
• 5.1 结论
• 5.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果