基于0.18μmCMOS工艺的8位超高速两步式A/D转换器设计

论文摘要

A/D转换器是现代通信、雷达、声纳以及众多消费电子产品中的关键器件。作为模拟信号和数字处理之间的纽带,高性能的A/D转换器对设计系统的实现至关重要。在最近的几年,数据存储通道读取的速度,比如HDD和DVD,增加得很快。因此,对A/D转换器的速度的要求也越来越高。在超高速中低精度的应用中,全并行结构被认为是唯一可行的结构。但是,使用传统的全并行结构想实现超高速的8位精度应用是相当困难的。这是因为高的输入阻抗,过多的比较器数目,会导致精度和速度严重下降。当精度每增加一位,输入阻抗将成倍地增加。通过对现今的各种超高速的A/D转换器的结构进行了分析,并结合速度和精度的考虑选择了两步式结构作为超高速A/D转换器的研究方向。为了克服输入阻抗对速度的限制、减小面积以及降低功耗,提出了一种新的基于全并行内插结构的两步式A/D转换器。这种新的结构,具有多个采样保持放大器和模拟转换开关阵列,使该模数转换器具有流水线的工作方式,因而在每个时钟周期都能获得数字输出。超高速A/D转换器设计对模拟电路模块的失调、带宽等性能有很高的要求,因此本文针对主要的模拟电路模块分别进行了具体分析和优化,设计出高速的时域交织采样保持电路和超高速比较器。本文仿真使用SMIC 0.18μm CMOS混合信号工艺。实现了在采样时钟为800MSPS下,完成了各个模块的设计和仿真,并进行了8位功能验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 A/D 转换器概述
• 1.2 课题的研究背景及应用前景
• 1.3 国内外的产品及研究发展现状
• 1.3.1 市场上量产的产品方面
• 1.3.2 论文研究方面
• 1.4 论文的组织
• 第二章 超高速模数转换器性能指标与结构
• 2.1 概述
• 2.2 数据转换器的性能指标
• 2.2.1 量化噪声与信噪比
• 2.2.2 A/D 转换器的静态参数（Static Parameters, SP）
• 2.2.3 频域动态参数（Frequency-Domain Dynamic Parameters，FDDP）
• 2.2.4 时域动态参数（Time-Domain Dynamic Parameters，TDDP）
• 2.3 超高速数模转换器的结构及技术
• 2.3.1 全并行结构（Full Flash）
• 2.3.2 传统的两步式结构（traditional two step）
• 2.3.3 两步子区间结构（two step subranging）
• 2.3.4 插值技术（Interpolation）
• 2.3.5 折叠结构（Folding）
• 2.3.6 时间交织（Time-Interleaved）
• 2.4 超高速数模转换器设计的瓶颈及解决办法
• 2.5 本章小节
• 第三章 基于0.18um 工艺的8 位超高速 A/D 转换器设计
• 3.1 概述
• 3.2 系统模拟模块的设计
• 3.2.1 采样保持的设计
• 3.2.2 比较器的设计
• 3.2.3 电阻网络插值和失调平均
• 3.2.4 第一级MSB 模块设计
• 3.2.5 第二级LSB 模块设计
• 3.3 本章小节
• 第四章 数字电路部分设计
• 4.1 时钟产生电路
• 4.2 编码与校正设计
• 4.2.1 数字校正原理
• 4.2.2 编码和校正电路设计
• 4.2.3 独热码到二进制码的转换
• 4.2.4 加1 和减1 电路设计
• 4.2.5 多路选择器结构
• 4.3 本章小节
• 第五章 电路系统的仿真与版图设计
• 5.1 电路系统的仿真
• 5.2 ADC 电路的版图设计
• 5.2.1 Cadence PDK 简介
• 5.2.2 混合信号版图设计的一些考虑
• 5.2.3 ADC 版图布局和设计
• 5.3 本章小节
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果