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高性能的模拟以及混合信号集成电路是网络以及通信系统中不可或缺的部分。如何在低功耗条件下研制这类电路是半导体工业的主要挑战之一。
本文设计了一款10位40MSPS的流水线架构的低功耗模数转换器,它是数字移动电视DVB-H调谐器系统的一个子模块。DVB-H( Digital Video Broadcasting- Handset)是手持数字视频广播系统的缩写,它是通过地面数字广播网络向手持终端提供多媒体业务所制订的传输标准。作为面向手持式设备应用的DVB-HTuner调谐器,同时具备低功耗、高线性度和低的噪声水平是该系统的最大挑战。本文在分析几种常用的ADC架构优劣后,确定采用流水线式ADC对模拟基带信号进行模数转换。
流水线式ADC可以同时达到高速度和高精度,但其性能会受到静态误差,动态误差,噪声,失真等方面非理想因素的影响。这些非理想因素都是由流水线式ADC系统中关键的模拟模块的参数决定,而这些模拟模块是电路中功耗的主要来源。因此,流水线式ADC设计的难点在于如何选取模拟模块的参数,以求得在满足系统性能水平的前提下降低功耗。
本文针对流水线式ADC设计的难点,采用系统行为级建模的方法优化功耗。对非理想因素分类进行分析,在Matlab中建立误差模型,研究模拟模块参数,非理想因素影响和流水线式ADC性能三者之间的联系,并且在系统层面上折中确定流水线式ADC各个子模块的参数。同时采用级间按比例缩减电流的方法,进一步降低功耗。
在系统级建模的指导下,进行流水线式ADC电路、版图设计,通过TSMC0.18um射频/混合信号工艺流片,流片取得成功,并进行测试,芯片在40MHz采样率条件下,具有8.4位有效位,总功耗在30mW以下,满足了DVB-H通信系统的要求。