【摘 要】
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随着5G时代的来临,电子设备已经走进了千家万户,人们正逐步迈入万物互联的社会。集成电路行业的快速发展,电子产品市场需求的急剧增加,模数转换器已经从开始时的只应用于高精尖设备到现在的千家万户,其技术也在飞速进步。而由于其重要且无可替代的作用,模数转换器受到了越来越多人的关注,经过研究人员的不懈努力,刻苦钻研,模数转换器已经深入到各行各业,千家万户,其中也包括超声技术。超声技术虽然是近几年发展起来的新
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随着5G时代的来临,电子设备已经走进了千家万户,人们正逐步迈入万物互联的社会。集成电路行业的快速发展,电子产品市场需求的急剧增加,模数转换器已经从开始时的只应用于高精尖设备到现在的千家万户,其技术也在飞速进步。而由于其重要且无可替代的作用,模数转换器受到了越来越多人的关注,经过研究人员的不懈努力,刻苦钻研,模数转换器已经深入到各行各业,千家万户,其中也包括超声技术。超声技术虽然是近几年发展起来的新兴技术,但其应用也越来越广泛,领域边界也在不断拓展,其工作频率范围也由几十兆赫兹逐步向几百兆赫兹发展。为了满足超声技术的需要,让模数转换器更好地适用于超声技术中,相比于其他类型的模数转换器,流水线型模数转换器以其在速度,精度,功耗等各方面的优势脱颖而出。本文拟设计一款应用于超声系统的流水线型模数转换器,目标设计指标精度为12位,采样频率为100MHz。论文首先介绍了本课题的研究背景及意义,对超声技术的工作原理以及应用做了简要的叙述。同时介绍了不同种类的模数转换器的优势以及存在的不足,并详细阐释了流水线型模数转换器的工作原理,即各流水线级交替工作,其中各级流水线由MDAC与sub-ADC组成;且系统地对流水线ADC的非理想因素进行了误差分析并提出了该误差的减小方式。在此基础上,基于tsmc0.18um CMOS工艺,对12位100MSPS流水线ADC的关键模块进行了搭建与仿真。其中包括:高线性度栅压自举开关的设计;不同类型不同功能运算放大器的设计;带预防打击级的四输入动态锁存比较器的设计;非交叠双相时钟的设计;参考信号产生电路的设计;数字校准技术的实现。模拟集成电路设计的核心在于折中,在设计过程中,在保证满足设计要求的情况下,要不断在速度,精度与功耗之间进行取舍。而后将各关键子模块搭建成整体模数转换器结构并进行整体仿真,并不断优化;最后,对整体ADC结构进行版图绘制与后仿真。仿真结果显示,该流水线型模数转换器的的SNDR达到62d B,有效位数ENOB可以达到10.07bit,基本满足设计预期。
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