高性能流水线ADC的研究与设计

• 作 者: 王晋
• 机 构: 中国科学院微电子研究所
• 出 处: 中国科学院微电子研究所
• 发表日期: 2005年期
• 关键词: 模数转换 模数转换器 流水线 微电子学 固体电子学

随着半导体工艺水平的不断提高，数字信号处理技术在高分辨率图像、视频和无线通信等领域的广泛应用，从而对作为连接模拟信号世界与数字处理系统桥梁的模数转换器(ADC)的性能要求越来越高。
本论文以开关电容式流水线结构为基础，对高速、高精度流水线ADC的建模、设计方法、以及电路设计优化、功耗估计分析等技术问题进行了研究。主要成果有：
1.在对电路模型研究分析的基础上，结合热噪声分析，提出了一种流水线ADC的设计方法和功耗估算优化的方法。
2.采用自顶向下的设计方法，利用MATLAB软件对流水线ADC进行了行为级建模，并在建模过程中考虑了非理想因素的影响。该行为模型包括运算放大器、比较器、噪声模型、采样-保持电路和纠错电路等模型。
3.对传统的栅电压自举开关结构进行了改进，提出一种新的栅电压自举开关。新的栅电压自举开关与传统结构相比，减少了一个MOS管和一个电压自举电容。这不仅简化了电路结构，提高了电路的可靠性，而且还减小了功耗和面积。
4.本文提出了一种高精度的开关电容比较器。该比较器是由预放大器和再生式锁存器组成，能够消除失调，并且回馈噪声较低。通过电路仿真，该开关电容比较器的分辨率小于1mV，工作频率可达到100MHz。
5.在对4位FlashADC编码研究的基础上，提出了一种新的FlashADC结构。在同样的转换位数下，传统结构需要2N-1个比较器，而新结构需要2N-2+2个比较器，几乎减少了3/4的比较器个数。如果采用复用技术，新结构比较器的个数可以进一步减少。
6.在理论分析的基础上，提出并实现了一个不带数字校准电路的12位，50MS/s的流水线ADC。