13位200MSPS流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高速、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中極為重要的模塊。無(wú)線通信技術(shù)不斷朝著高傳輸質(zhì)量和寬帶傳輸?shù)姆较虬l(fā)展，對(duì)ADC提出了高速、高精度的性能要求。在眾多類型的ADC中，流水線(Pipelined)ADC可以在速度、精度、面積和功耗等性能上進(jìn)行較好的折中，因此被廣泛應(yīng)用于高速的無(wú)線數(shù)字通信、高清視頻信號(hào)處理和電子對(duì)抗等電子系統(tǒng)中。
　　論文首先闡述了傳統(tǒng)流水線ADC的工作原理，分析了ADC中的誤差來源和非理想因素，并推導(dǎo)

2、出ADC中各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)指標(biāo)。然后，介紹了無(wú)采樣保持電路(SHA-less)方案，該技術(shù)通過省去前級(jí)的采樣保持(S/H)電路來降低系統(tǒng)噪聲和功耗，同時(shí)也說明其可能帶來的非理想因素；接著，通過推導(dǎo)證明首級(jí)流水線采用多位結(jié)構(gòu)可以降低ADC對(duì)電容匹配精度的要求，然后引入量程縮減(range-scaling)技術(shù)，介紹了這種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過采用較小的電容來實(shí)現(xiàn)較低的系統(tǒng)功耗，并提高ADC線性度。
　　綜合各種因素后，討論了系統(tǒng)的功耗建模

3、，對(duì)ADC系統(tǒng)功耗進(jìn)行優(yōu)化，并確定流水線ADC采用6級(jí)電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：第一級(jí)采用3.5位流水線級(jí)，中間四級(jí)為傳統(tǒng)2.5位流水線級(jí)，最后一級(jí)為2位快閃式ADC。最后討論了ADC中關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)，包括增益數(shù)模單元(MDAC)和子模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Sub-ADC)，分析運(yùn)算放大器和比較器對(duì)整體ADC性能的影響，并確定其設(shè)計(jì)指標(biāo)，然后詳細(xì)闡述第一級(jí)流水線級(jí)電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，完成一款高性能運(yùn)放和低失調(diào)動(dòng)態(tài)比較器的設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。
　　本論文基于SMI

4、C65nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款13位200 MS/s流水線ADC，電源電壓為2.5V。仿真表明，當(dāng)采樣時(shí)鐘頻率為200MHz，輸入信號(hào)為峰峰值0.8V，頻率19.3MHz的差分正弦信號(hào)時(shí)，第一級(jí)電路具有93.2dB的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)，14.52位的有效位數(shù)(ENOB)；當(dāng)輸入頻率為80MHz時(shí)，第一級(jí)則具有90.5dB的SFDR，有效位數(shù)達(dá)到14.32位。對(duì)于流水線ADC整體進(jìn)行仿真，采用相同的輸入信號(hào)，僅頻率改為25MH