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近年来,集成电路产业发展迅速,越来越多的功能模块被集成在一块芯片上,比如红外热成像传感器芯片,便集红外线感知、模数转换和数字信号处理于一体。其中实现模数转换功能的器件被称为模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC),负责将反映红外线信息的模拟电信号转换成数字信号。对于研发红外热成像传感器芯片的团队,能够独立研发出一款高速高精度的ADC,集成到自己所研发的芯片中,对产品的应用前景和团队的未来都有深远的意义。所以本文对ADC进行了深入的研究与实践:(1)在大量调研的基础上,总结了4种常用结构ADC的工作原理和应用特点。其中逐次逼近型(Successive Approximation Register,SAR)ADC因具有功耗低、结构简单、模拟电路少且易于集成等优点而作为本文研究的重点。(2)对于逐次逼近型ADC,按照组成其DAC的结构不同,分析了电阻分压式结构、电流叠加式结构和电荷重分配结构;阐述了相关的电容开关时序,如传统电容开关时序、单调电容开关时序、节能电容开关时序和VCM-base电容开关时序。(3)基于产品对ADC高速高精度的设计需求,采用“输出失调存储”技术,设计了CMOS两级预放大锁存比较器,由两级预放大器和一级动态锁存器构成。Cadence的仿真结果表明,第一级预放大器的增益为34.05 dB,-3 dB带宽为88.5 MHz,第二级预放大器的增益为31.04dB,-3 dB带宽为46.6 MHz,满足设计需求。(4)设计了电平转换电路完成数字电路和模拟电路之间的电平转换;采用“斩波调制技术”设计了带隙基准电路,为ADC提供基准电压;设计了振荡器电路,其输出的一定频率(500KHz)的周期信号作为斩波调制电路的时钟驱动。(5)基于SMIC 0.18 μm 1P6M 5 V CMOS工艺,设计了 16位5 V 1 MS/s的SARADC。仿真结果显示,在奈奎斯特输入条件下,本设计中的ADC有效位数达到了 15.89位,SNR(Signal to Noise Ratio)为93.99 dB,SFNR(Spurious Free Dynamic Range)为103.95 dB。