10bit 80MS/s流水线型模数转换设计技术研究

• 作 者: 周高翔
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 数模转换器 流水线 分级转换 运放共用 级间比例缩小 栅压自举开关

系统级芯片是当前CMOS技术发展的潮流，在片上系统（SOC）中一般会将模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）等与数字信号处理（DSP）模块等集成在一个芯片上。随着数字信号处理技术在高分辨率图像、视频处理及无线通信等领域的广泛应用，系统对模数转换器提出了更高的要求，对高速高精度低功耗的模数转换器的需求十分迫切。模数转换器的研究是当前的热点。
在各种模数转换器中，流水线型模数转换器由于其分级转换、流水线操作的特点，在实现较高精度的同时，仍可以保持较高的速度和较低的功耗，可以在速度、精度、功耗和芯片面积之间达到最好的折中。
本文简要介绍了流水线型模数转换器的的原理和结构，分析了各种误差源，简要介绍了相应的解决方法，如失调存储、相关双采样、电容误差平均、模拟和数字校准方法。最后设计了精度为10位，速度80MS/s的流水线模数转换器。
本论文的主要工作：
一、在流水线ADC中为了提高速度，往往需要提高运放的功耗，速度和功耗之间的这种相互牵制，使得它们存在折中。本文综合采用运放共用技术和级间比例缩小技术两种技术，在提高速度的同时降低整个ADC的功耗。
二、采样保持电路和余量增益电路中的运放的有限建立时间和有限增益，会对整个系统的转换速度和精度造成影响。本文设计了带增益自举辅助放大器的、具有较高速度、较高直流增益的运算放大器。
三、开关的导通电阻会降低采样的速度，而且电阻随输入信号变化会引入谐波，这会极大的影响电路的性能。因此在高性能的ADC中，需要采用栅压自举开关。为了提高电路的性能，在栅压自举开关的作了改进以提高可靠性和开关导通速度。
四、常用的动态比较器可以减小功耗，但是由于回踢噪声较大，会影响电路的性能。本文采用回踢噪声较小的、具有较高速度的AB类比较器，以增强性能。