基于SOC系统的12位SARADC的设计

论文摘要

在现在的各种应用SoC系统中,由于系统的高性能、低功耗、低成本要求,一定会把数模转换器(ADC)模块作为一个必不可少的组成部分和其他的模拟模块以及数字模块一起集成于一块芯片上,这已经是种必然的趋势。正是由于这个原因,一种能够与数字工艺兼容的ADC的设计就变得很必要。SARADC是一种常见的ADC的结构,由于其本身的小尺寸低功耗的特点,非常适合应用于SoC系统。本文设计的就是这样一个应用于SoC系统的,能够面向触摸屏应用的ADC模块。它基于TSMC 0.18um的1P5M工艺,总共包括了模拟电路中的比较器电路、DAC电路、触摸屏驱动电路,输入通道选择电路以及数字电路的移位逻辑控制电路和时钟频率转换电路。针对高速低功耗抖动要求,本文给出一种电流按比例缩放结构的DAC结构,并采用温度码和二进制码的分段组合,在明显提高DAC的精度,降低电路的失配和毛刺现象的同时减小芯片的面积和功耗。同时给出了一种一级预放大锁存结构的比较器,不仅满足速度要求而且回馈噪声比较小。最后还给出了一种触摸屏驱动电路结构。在本文中,从模块的设计到电路的仿真以及版图的实现,都给出了详细的设计过程。本文设计的电路已通过HSPICE仿真,得到了管级电路满意的仿真结果,并完成了电路的版图设计,实现了和整个SoC芯片的集成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及其研究意义
• 1.2 国内外ADC 技术的现状及其发展趋势
• 1.3 本文的研究目标
• 1.4 本章小结及其他章节安排
• 第二章 ADC 的原理和常用结构
• 2.1 ADC 的基本原理
• 2.2 ADC 的性能特性
• 2.2.1 静态参数
• 2.2.2 动态参数
• 2.3 ADC 的分类
• 2.3.1 逐次逼近型ADC
• 2.3.2 过采样型ADC
• 2.3.3 闪速型ADC
• 2.3.4 流水线型ADC
• 2.3.5 各类型总结
• 2.4 本次模数转换器结构的选取
• 2.5 本章小结
• 第三章SAR ADC 整体设计及仿真
• 3.1 整体结构的设计
• 3.2 数模转换器（DAC）的设计
• 3.2.1 数模转换器（DAC）原理
• 3.2.2 温度码原理及译码电路的设计
• 3.2.3 按比例缩放电流源设计
• 3.2.4 电平抬升电路的设计
• 3.3 通道选择输入电路设计
• 3.3.1 电路结构设计
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 比较器电路设计
• 3.4.1 比较器的特性
• 3.4.2 预放大锁存比较器的设计
• 3.4.3 比较器的设计结果和仿真
• 3.5 触摸屏电路设计
• 3.5.1 触摸屏原理
• 3.5.2 触摸屏驱动电路设计
• 3.6 数字部分电路设计
• 3.6.1 移位寄存控制电路的设计
• 3.6.2 时钟控制电路
• 3.6.3 数字电路仿真结果
• 3.7 SARADC 的整体仿真
• 3.8 本章小结
• 第四章 带隙基准源以及基准电流的设计
• 4.1 带隙基准电压的设计
• 4.2 基准电流的产生
• 4.3 带隙基准电压模块的仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 版图设计
• 5.1 版图设计注意事项
• 5.2 SARADC 的版图设计结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文