12bit 50MSPS PIPELINE ADC设计

论文摘要

A/D转换器是现实世界中模拟信号与数字信号沟通的桥梁。Pipeline结构作为集高精度、高转换速率、低功耗为一体的一种ADC，在高清晰数字音视频与现代无线通信领域有着很宽的应用范围。本论文的目标是设计一种基于SMIC0.18um工艺，应用在音频、视频设备、通讯中频采样等领域的转换速度为50MSPS的12位的流水线型A/D转换器。本文给出了一种流水线结构模数转换器的设计方案，对流水线结构原理进行了分析介绍，论文从整体电路结构到具体电路的设计实现方面都作了许多工作。设计中采用了十一级流水线模式的结构:前十级每级.5位flash子模数转换器，第十二级为2位flash子模数转换器的流水线结构，采用冗余矫正的方法进行数字矫正。子模块电路设计中主要完成了高精度的采样保持电路、高增益带宽积的运算跨导放大器电路、低失调电压低功耗高速度比较器电路、1.5位和2位结构子模数转换电路以及数字校正电路、时钟产生电路的设计。对电路中存在的非理想因素进行了分析，并提出了降低这些非理想因素的方法。经过分析选取了最优化的电容大小，减小了版图面积，达到了低功耗的要求。采用了cadence公司的Spetre仿真工具对电路进行了仿真，结果达到11.35bit精度。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.3 论文的工作
• 第二章 ADC 的概念和分类
• 2.1 ADC 的概念
• 2.1.1 ADC 的基本概念
• 2.1.2 ADC 的基本参数指标
• 2.2 ADC 的典型结构
• 2.2.1 并行转换型（flash）
• 2.2.2 逐次逼近型（SAR）
• 2.2.3 两极并联型（Half-flash）
• 2.2.4 Σ-Δ型ADC
• 2.2.5 流水线型（Pipeline）
• 2.3 Pipeline ADC 的误差分析
• 2.3.1 开关电容电路的噪声
• 2.3.3 量化误差
• 2.3.4 运算放大器的非线形
• 2.3.5 比较器失调
• 2.3.6 器件失配
• 第三章 12 位Pipeline ADC 的系统结构设计
• 3.1 Pipeline ADC 的整体结构
• 3.2 算法
• 3.2.1 传统冗余矫正算法
• 3.2.2 改进后的冗余数字矫正算法
• 3.3 整体参数
• 3.3.1 单位采样电容面积
• 3.3.2 首级精度
• 第四章 12 位Pipeline ADC 的关键单元电路设计
• 4.1 采样保持电路设计
• 4.1.1 采样保持电路的原理
• 4.1.2 精确倍乘电路的原理
• 4.1.3 采样开关的原理
• 4.1.4 运算放大电路的设计
• 4.2 子ADC
• 4.2.1 1.5bitADC
• 4.2.2 2bitADC
• 4.2.3 比较器
• 4.3 子DAC
• 4.4 余量增益数模转换电路
• 4.5 时钟发生电路
• 4.5.1 时序结构
• 4.5.2 时钟发生电路
• 4.6 带隙基准电路
• 4.6.1 带隙基准电路原理
• 4.6.2 高精度带隙基准电路
• 4.7 延时电路
• 第五章 主要模块及整体电路仿真结果及分析
• 5.1 采样保持电路的仿真结果
• 5.2 时钟发生电路的仿真结果
• 5.3 带隙基准电路的仿真结果
• 5.4 整体电路的仿真结果
• 5.4.1 静态仿真结果
• 5.4.2 动态仿真结果
• 第六章 版图的注意事项
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢