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随着无线通信技术的飞速发展，模数转换器在接收链路中的地位越来越重要。高阶调制的宽带信号在满足高数据率传输的同时，对模数转换器的分辨率，速度以及动态范围提出更高的要求。广泛应用的便携式终端对模数转换器的功耗有所约束，而全芯片集成的通信系统解决方案也对深亚微米工艺平台上模数转换器的设计提出诸多新的挑战。
本论文从系统角度分析适用于宽带无线通信应用的模数转换器特点，通过对不同结构模数转换器进行研究对比，选取流水线结构作为研究对象。在对低电源电压环境下流水线模数转换器的功耗，线性度优化设计技术进行研究的过程中，完成的主要成果包括:
提出一种低功耗的系统架构，选取具有功耗优势的多比特每级流水线结构，并采用前后级运放共享技术，通过优化流水级的余量转换特性曲线以及提高子模数转换器中比较器的精度，使得运用高电流效率的单级运算放大器结构成为可能;优化流水线模数转换器中运算放大器的设计，并提出一种利用交叉耦合技术提高输入差分对管等效跨导，利用跨阻型放大器实现两次增益自举的单级高速高增益运算放大器结构;利用两组输入差分对管与电流开关结合的方式实现运放的共享，消除记忆效应的同时可以分别优化运放处于不同相位时的速度;优化余量增益电路中比较器的设计，使其适合低电源电压下的高速应用;深入研究片上参考电压缓冲器的多种结构，以提高模数转换器线性度，降低系统应用成本。
基于相应的研究内容，设计并实现三款流水线模数转换器。其中使用0.18μmCMOS工艺实现的10bit80MSPS的设计在80MHz采样率，9.9MHz输入信号的条件下，获得72dBc的无杂散动态范围及9.43bit的有效位数;在0.13μmCMOS工艺平台上实现的10bit80MSPS双通路设计，包含片上高速缓冲器的全芯片功耗仅53mW;最后同样在0.13μm平台上实现的11bit160MSPS，在160MHz的采样频率条件下，获得的最大无杂散动态范围及信噪失真比分别为73dBc，60.5dB，不考虑源跟随器型缓冲器的功耗，模拟部分功耗约为50mW。