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模数转换器作为模拟世界与数字世界之间的纽带,在信号处理领域扮演着不可或缺的重要角色,其广泛应用于各类片上系统(SOC)中。随着信息技术的不断进步,尤其是可携带式电子设备、汽车电子和电池供电信号采集器的飞速发展,对于小体积、低功耗ADC的需求变得愈发强烈。逐次逼近型ADC相比于其他各类ADC,具有电路结构简单、成本小和功耗低等优势,为了满足低压供电环境下,便携式电子设备更好地完成A/D转换工作,SAR ADC无疑是最好的选择。本文设计了一款基于I~2C总线接口的10bit SAR ADC,该芯片能够工作在I~2C总线的标准模式和快速模式下,按照微处理器的指令完成A/D转换并输出数据。将传统的并行输出管脚用I~2C二总线接口代替,缩减了芯片管脚数目,使芯片的片上占据面积明显减小。本文着重分析了DAC与比较器的模块电路设计,对于DAC模块,提出了一种三段式不同缩放类型分段组合12bit DAC的设计方法,利用电容的高精度特性和电阻串连分压的单调性提高D/A转换精度;分段组合的方法减小了加权网络的单元器件数目,有效缩减了DAC的功耗和版图面积。对于比较器模块,提出了一种带失调消零的“预放大+锁存”级联比较器,该级联方式不仅提高了增益,增强了比较器的分辨能力,而且缩小了比较器的传输时延;并运用输出失调消除技术,消除了失调电压的干扰。然后简单介绍了采样保持电路、SAR寄存器组电路、振荡器电路和I~2C逻辑模块部分电路的实际电路设计,分析了各自的工作原理和具体功能。在Linux系统下,运用仿真软件Cadence IC 5.1.41完成了整个系统的电路设计,并运用Cadence Spectre和Matlab对各模块电路以及系统整体电路进行了仿真分析与验证,仿真结果显示该ADC芯片能够准确完成A/D转换并由I~2C总线将转换结果输出,其最大积分非线性失真为-0.43LSB,最大微分非线性失真为0.21LSB,有效位数为9.37bit,A/D转换期间功率为1.132m W,可知,该SAR ADC芯片在低功耗应用领域有着很大的优势。