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模数转换器(ADC)能够将现实世界的模拟信号转换为可以很方便地进行处理的数字信号,是混合信号系统中的一个十分关键的部分,而片上系统(SOC)需要在单个硅片上实现数模混合集成。与数字系统工艺兼容、功耗面积等指标优化的高性能模数转换器(ADC)是SOC中非常重要的单元。因此,基于标准CMOS工艺,通过结构研究来提高速度和分辨率、优化功耗面积等指标,是ADC的重要研究方向之一。
论文研究了流水线模数转换器的工作原理和误差分析及其数字自校准技术,分析了电荷转移流水线ADC基于不完全建立技术实现速度优化的电路理论。主要的贡献是:提出了基于不完全建立理论的流水线ADC设计实现方法,在此基础上设计了一个基于不完全建立技术的15-bit,10MS/s流水线CMOSADC实验芯片并进行了晶体管级仿真,验证不完全建立技术映射到流水线ADC系统结构和工作时序的设计考虑和设计方法的正确性。
论文还描述了这个基于不完全建立技术的15-bit,10MS/s流水线CMOSADC实验芯片的电路设计,并给出了版图设计结果。设计采用UMC0.18μm1P6MCMOS混合工艺;芯片的晶体管级仿真表明,当采样率和输入频率为(10MHz,100kHz)时,ADC可得到82.34dB的SNDR和87.42dB的SFDR,其静态功耗为21.94mW。