【摘 要】
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便携式电子设备快速增长,对更低功耗、更小面积的模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）的需求不断增加。逐次逼近型（Successive Approximation Register,SAR）ADC因为其与新工艺适应性高,加之功耗低、面积小等特点,研究热度居高不下。因此,对更低功耗,更小面积的SAR ADC的研究势在必行。本文以低功耗为设计目标,对低功耗SAR A
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便携式电子设备快速增长,对更低功耗、更小面积的模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）的需求不断增加。逐次逼近型（Successive Approximation Register,SAR）ADC因为其与新工艺适应性高,加之功耗低、面积小等特点,研究热度居高不下。因此,对更低功耗,更小面积的SAR ADC的研究势在必行。本文以低功耗为设计目标,对低功耗SAR ADC的开关方案、电容阵列结构、比较器等进行了研究。首先就三种开关时序:传统差分开关方案、单调开关方案,Vcm-based开关方案进行了功耗分析。电容阵列采用分段式结构,大大节省了电路面积与功耗。用于SAR ADC中的比较器可以分为基于开环运放与基于锁存的两种不同类型。基于运放的比较器存在静态功耗,有更好的失调特性;基于锁存的比较器对输入信号有着指数特性,没有静态功耗,因此适合高速情况与低功耗应用。为降低噪声影响,比较器的结构选择也要做出相应的考量;比较器输入失调电压会减小信号的输入范围,因此本文也进行了相应的优化。其次根据不同类型的开关与其特性,对非理想效应:电荷注入、时钟馈通效应也进行了分析。为减小采样信号的失真,采用自举开关进行采样。逐次逼近的控制逻辑采用了基于Verilog代码综合与全定制的两种方式,实现了三个参考电平下的电路动作控制。版图后仿真结果表明,在3.3V电源电压下,采样率15.38k SPs时,该ADC可以达到有效位数11位,总谐波失真约为-75d B,总功耗46.58μW,FOMW为1.38p J/conv-step。
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