【摘 要】
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高速高精度模数转换器（ADC）广泛应用于图像处理、信息存储和无线通信等领域。为了实现高速高精度,通常使用流水线型ADC—兼顾精度与速度。同时随着无线通信、宽带收发器以及数字设备的新兴应用,转换器的功耗问题成为了人们关注的核心。基于上述流水线型ADC高速与高精度的特点,同时为了实现低功耗的需求,本文采用流水线结构,在0.18μm CMOS工艺下,设计实现了一种在保持高速高精度的同时能够减小转换器功耗
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高速高精度模数转换器（ADC）广泛应用于图像处理、信息存储和无线通信等领域。为了实现高速高精度,通常使用流水线型ADC—兼顾精度与速度。同时随着无线通信、宽带收发器以及数字设备的新兴应用,转换器的功耗问题成为了人们关注的核心。基于上述流水线型ADC高速与高精度的特点,同时为了实现低功耗的需求,本文采用流水线结构,在0.18μm CMOS工艺下,设计实现了一种在保持高速高精度的同时能够减小转换器功耗的流水线型ADC。论文首先介绍了流水线型ADC的基本工作原理,深入讨论在设计转换器整体系统时所需要考虑的非理想因素,然后与设计指标相结合确定了转换器的总体架构,即5级级联,各级4位的流水线核心结构。接下来本文以第一级流水线为例,详细分析了各关键单元电路的设计,包括MDAC（开关电容电路、运算放大器以及时钟自举开关）、Sub-ADC（比较器阵列）、基准电路以及时钟电路,并给出了各模块的仿真结果。运算放大器是流水线型ADC的核心模块,为使运算放大器达到足够的增益,本文的运算放大器采用两级运算放大器结构,第一级采用增益自举以实现高增益,第二级采用共源结构实现宽摆幅,同时采用弥勒补偿电容进行相位补偿提升运算放大器的稳定性。使用了时钟自举电路以减小开关导通电阻的非线性,提升整个系统的线性度。对比较器进行了改进创新,同时各级采样电容根据缩降因子逐级缩减,降低芯片功耗。轮文通过Virtuoso搭建电路,Spectre软件完成仿真,采用0.18um CMOS工艺,并在流片后对芯片进行测试。流片测试结果表明,本文所设计的16位流水线型ADC在125MHz的采样率,输入正弦信号频率为10MHz下,SNR为75.86 d B,SFDR为91.4 d BFS,有效位数ENOB为12.07-bits,其静态性能为DNL≤0.72 LSB,INL≤3.2 LSB。
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