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高速A/D转换器广泛地应用于图像采集、多媒体、高性能控制系统和数字通信等电子设备中。随着片上系统(SOC)的迅速发展,越来越多的数字电路、模拟电路和接口电路被集成到一个芯片上。A/D转换器作为模数转换接口,其性能直接影响整个系统的工作性能。设计出与数字工艺兼容的且面积小、低功耗的高速A/D转换器成为片上系统的设计重点。本文通过对各种高速A/D转换器进行比较,并根据应用系统的设计需求,设计出了一种基于二步式结构的6-bit多量程高速A/D转换器。本论文主要有以下几方面特点：采用模拟开关阵列和联合式二步式结构,使粗细量化在同样的信道中处理,且两信道参考电压取自同一路多晶硅电阻分压串,这种结构增大了粗细量化的匹配,有效地降低了电路的面积和功耗；通过采用一种增益可调采样保持电路,实现了多量程模数转换功能,并扩大了输入共模范围；通过高增益、高带宽全差分运算放大器与采样保持电容及互补开关的综合设计调整,以及采用底极板采样技术和多相非交叠时钟控制等措施,有效地提高了此增益可调采样保持电路的速度和精度,使其在各量程下性能都能满足系统要求；采用动态比较器来提高比较速度并降低功耗；采用一种可抵消失调电压的前置放大器,降低了动态比较器的失调电压的影响,提高了比较精度；通过将细量化范围上下扩大1LSB量程,采用数字校正方法,校正粗细量化转换时的失配误差；设计了一种可消除一级“气泡”的数字编码电路,将温度计码准确地转换为独热码,防止误码的产生；系统正常工作需要多种时钟控制,各时钟相位和时序需严格要求以提高电路转换精度,本文设计的时钟控制电路能产生满足系统所需的各时钟。本文设计的A/D转换器基于0.18μm CMOS工艺,采用3.3V单电源供电,电路可进行512mV、256mV和128mV三种量程模数转换,分辨率为6bits,采样频率为25MHz,转换延迟为一个半采样周期,转换器面积仅为0.06mm2。在25MS/s采样率下功耗仅为12mW。通过Cadence Spectre软件仿真显示,电路25MS/s采样率下,各量程都能实现6bit分辨率,达到系统设计要求。