低电压高性能流水线模数转换器的结构研究与实现

论文摘要

随着无线通讯、数字高清电视、多媒体和图像处理的迅猛发展使得作为模拟电路和数字电路的接口的模数转换器在这些领域都得到了广泛的应用,而集成电路工艺的进步,便携式应用的需求使得模数转换器的设计在不断朝低电压、低功耗的方向发展。在众多的模数转换器结构中,流水线模数转换器结构是应用最广泛的一种,它可以满足大部分系统对模数转换器性能的要求,而且易于在现代标准CMOS工艺下实现。本文在研究ADC结构的基础上,设计了一个1.2V,10位精度的流水线ADC。本文采用了以下技术解决低电压下模拟电路设计遇到的问题,同时保证电路的功耗具有竞争力。1.为了解决短沟道晶体管本征增益不够的问题,采用两级运放结构,提出了一种新的频率补偿方法,保证运放频率稳定性的同时使运放的建立时间满足要求。2.提出了一种新的偏置电路结构,为运放提供一个稳定且精确的偏置,使得运放在各种工艺偏差和电源波动下能达到大的电压摆幅。3.针对低电源电压下模拟开关不能很好开启的问题,输入采样开关采用电压自举技术,同时改进了这种自举开关以适合底极板采样,保证了ADC在较高的输入频率下仍有很好的性能。4.采用RSD数字校正算法,这样可以使用没有静态功耗的动态比较器,降低了电路的功耗和面积。5.采用运放共享技术,使占ADC功耗绝大部分的运放的数目几乎减少了一半。6.提出一种对称的版图设计方法,使得电路核心部分的版图达到完全对称,同时在版图设计中保证了信号流向的合理性。设计芯片在SMIC 0.13um工艺下流片验证,芯片面积为1.12mm2,测试结果表明ADC有较好的静态和动态性能,同时功耗很低,满足低电压、便携式应用需求。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 论文的组织结构
• 第二章 模数转换器介绍
• 2.1 理想的模数转换器
• 2.2 模数转换器的性能参数
• 2.3 模数转换器的发展和分类
• 第三章 低电压技术研究
• 3.1 信噪比、功耗、速度和电压的关系
• 3.2 低电压下电路设计的挑战
• 3.3 总结
• 第四章 流水线模数转换器结构研究和误差分析
• 4.1 流水线模数转换器结构研究
• 4.2 流水线模数转换器的误差分析
• 4.3 并行结构流水线模数转换器研究
• 第五章 低电压、高性能流水线模数转换器电路关键模块研究
• 5.1 运算放大器
• 5.2 开关
• 5.3 动态比较器
• 5.4 总结
• 第六章 一个低电压、高性能流水线模数转换器设计实例及测试结果
• 6.1 模数转换器电路结构和关键模块设计
• 6.2 版图设计考虑
• 6.3 测试结果及分析
• 6.4 总结
• 第七章 总结及未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文