随着科学技术的飞快发展,数字信号处理(DSP)的应用越来越广泛。模/数转换器(ADC)作为模拟世界与数字世界的“介质”,其对数字信号处理有着十分重要的作用。在众多类型的ADC中,逐次逼近型(SAR)ADC具有中高等精度和中等速度、芯片面积小、功耗低的优点,使其在很多领域得到广泛的应用。另外,SAR ADC与CMOS工艺兼容性好,且结构比较简单,这使我们在设计时有较大的优化空间,降低了设计及生产成本。本文基于XFAB 0.35μm工艺,设计了一款分辨率为14位、转换速率为3MSPS的SAR ADC,其电源电压为5V,内部自带基准电压模块。此SAR ADC主要包括电荷定标型数/模转换器(DAC)、高精度高速比较器、校准DAC、内部基准、参考缓冲器及数字控制等模块。针对“提高精度和速度的前提下,也尽可能降低功耗和面积”的高性能SAR ADC设计要求,提出一种仅高段位采样的分三段式电容阵列DAC,不但增加采样带宽,而且大大节省芯片面积,减小电容间的失配,从而提高SAR ADC的线性度。另外,在三段式电容阵列DAC增加了冗余位,使ADC具有超量程能力,即模拟输入电压偏离标准范围8%内,仍然可通过增加的位精确转换。针对DAC电容阵列电容的失配会较大地影响SAR ADC的精度问题,完成了一种改进的自校准技术,提高了ADC的精度。针对SAR ADC对比较器有着高精度及高速度的要求,采用多级前置放大器与锁存器级联来构成比较器,并对比较器进行失调校准,从而实现高精度和高速。为减小板级设计的压力,使用高阶补偿技术得到超低温漂基准电压,为DAC模块提供参考电压。此外,为DAC模块提供参考电压需要一个缓冲器来驱动,使用加片外大电容的缓冲器实现,减小设计复杂度。本文利用Cadence公司的Virtuoso软件,完成电路设计、仿真验证和版图设计等工作。仿真条件为SAR ADC转换速率为3MSPS、模拟输入频率为1.06MHz且最高位电容失配0.1%。前仿真结果表明,不使用自校准技术时,该SAR ADC的信噪比为65.89d B,有效位数只有10.65位;使用自校准技术后,SAR ADC的信噪比为83d B,有效位数达13.49位,自校准的效果较好,达到较好的性能。而后仿真结果表明,使用自校准技术后,信噪比为81.38d B,有效位数达13.22位,分段静态仿真的INL、DNL分别为1.5LSB、1LSB。本设计的SAR ADC具有较高的精度和速度,可用于传感器、高速仪表和无线通信等电子系统中。