基于数字校正技术的二步流水线式A/D转换器的研究与设计

论文摘要

二步流水线式ADC是目前ADC最主要的产品之一，主要应用在速度和精度兼顾的领域，如通讯中的无线局域网，消费产品中的手机、高清晰度电视等。本文设计完成了一种基于数字校正的二步流水线式模数转换器，它以传统二步式ADC结构为基础，结合了Pipeline ADC的流水线工作方式和数字校正技术，相比于传统的二步式ADC，在两方面进行了改进。首先引入数字校正技术，在降低对前级电路设计要求的同时增强了系统的容差能力；其次，增加两个采样保持电路使系统工作在流水线方式下，提高了系统的数据吞吐能力和转换速率。系统中重点设计的模块包括：采样保持电路、两级量化器和数字校正电路。采样保持电路采用全差动开环结构以满足系统所需的速度，同时加入单位增益放大器、减小β的射极负反馈电流源以及伪MOS开关以减小误差提高精度。两级量化器是Flash结构ADC，采用全差动电阻梯加比较器网络的结构，跟传统Flash结构相比，其特点是积分非线性小、对电阻匹配的要求低、能有效地抑制共模噪声。量化器中的比较器采用输入级放大加预放大锁存结构，实现了高速度和高的回馈噪声抑制。数字校正电路将正冗余算法和负冗余算法相结合，并在余量正向溢出的情况下对第一级量化器输出采用温度码-补码的编码方式，降低了后级电路的复杂度。采用上华0.6μm BiCMOS工艺模型，工作电压5V，在Cadence的SPECTRE下对各单元电路进行了设计和仿真，达到了系统需要的性能指标，在采样频率为40MS／s时，该ADC可达到10位的分辨率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的及意义
• 1.2 模数转换器的现状及发展趋势
• 1.3 论文的内容及安排
• 第2章 模数转换器概述
• 2.1 模数转换器的分类
• 2.1.1 全并行（Flash）A/D 转换器
• 2.1.2 二步式（Two-step）A/D 转换器
• 2.1.3 折叠（Folding）A/D 转换器
• 2.1.4 流水线（Pipeline）A/D 转换器
• 2.1.5 逐次逼近（Successive Approximation）A/D 转换器
• 2.1.6 过采样 Σ-ΔA/D 转换器
• 2.2 模数转换器主要特性参数
• 2.2.1 静态参数
• 2.2.2 动态参数
• 2.3 小结
• 第3章 二步流水线式模数转换器的原理及设计方案
• 3.1 二步流水线式模数转换器的原理
• 3.1.1 二步式 ADC 的工作原理
• 3.1.2 二步式 ADC 的特点
• 3.1.3 传统二步式 ADC 存在的问题
• 3.2 基于数字校正的二步流水线式 ADC
• 3.2.1 基于数字校正的二步流水线式 ADC 设计思想
• 3.2.2 系统设计方案
• 3.2.3 系统流水线工作时序
• 3.2.4 数字校正
• 3.3 小结
• 第4章 关键单元电路的设计和优化
• 4.1 采样保持电路
• 4.1.1 采样保持电路原理
• 4.1.2 采样保持电路的性能参数
• 4.1.3 采样保持电路设计
• 4.1.4 采样保持电路开关设计
• 4.2 数字量化器
• 4.2.1 差动电阻梯分压网络
• 4.2.2 比较器
• 4.2.3 电流舵（Current-Steering） DAC
• 4.2.4 温度码─二进制码编码电路的设计
• 4.3 减法器的设计
• 4.4 数字校正电路设计
• 4.5 小结
• 第5章 模数转换器的性能仿真
• 5.1 模块电路的性能仿真
• 5.1.1 采样保持电路仿真结果
• 5.1.2 量化器电路仿真结果
• 5.1.3 减法器电路仿真结果
• 5.1.4 数字电路仿真结果
• 5.2 系统性能仿真
• 5.3 小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 附录