流水线型10-bit高速ADC芯片设计

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模数转换器(ADC)是将模拟输入量按一定规则转换为与之对应的数字编码的接口电路。近年来随着通信技术以及数字信号处理技术的飞速发展,逐渐形成了以数字系统为主体的格局。高性能模数转换器作为模拟信号与数字信号的桥梁,尤其在图形、视频以及无线通讯等领域的需求日益增强。而流水线型ADC因为其可以在速度和精度上做到很好的折中而取得了广泛的应用。本论文基于TSMC 0.25μm CMOS工艺,并利用EDA集成电路设计工具CadenceIC5.0设计了一款适用于数字通信领域的低功耗10位40MS/s Pipelined ADC。在查阅大量文献的前提下,根据模拟IC设计流程,并以高速、低压、低功耗为研究重心,逐步完成了各个模块电路以及整体电路的设计,主要工作包括:完成了每级1.5位流水线结构的设计;精确两项不交叠时钟电路(为流水线提供采样/保持时钟信号)的设计;高精度带隙基准源和偏置电路(为ADC提供参考电压和电流)的设计;带热滞回功能的过热保护电路(为保证芯片不会因温度过高而烧毁)的设计;开关电容采样保持电路(为了抑制输入级的噪声)的设计:高速预放大锁存比较器、高性能米勒补偿型运算放大器(为了提高ADC的速度和精度)的设计;数字校正电路(为了克服比较器的失调误差)的设计。同时利用SpectreS和Hspice仿真工具对各模块和整体电路进行了详细的仿真分析,并利用Matlab软件对ADC的静态和动态参数进行了计算。另外,论文最后还绘制了部分模块电路的版图。芯片工作电压为2.5V,9级流水线功耗为13.2mW,是一款典型的低压、低功耗模数转换器芯片。芯片的整体仿真结果及其静态和动态参数的计算结果表明,本文设计的流水线型10位40MS/s Pipelined ADC性能良好,有一定的理论参考和实际应用价值。
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