【摘 要】
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得益于CMOS技术地不断发展,数字电路的处理速度越来越快,功耗越来越小。信号处理越来越多地在数字域完成。而作为模拟信号和数字信号之间接口的模数转换器(Analog-To-Digital
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得益于CMOS技术地不断发展,数字电路的处理速度越来越快,功耗越来越小。信号处理越来越多地在数字域完成。而作为模拟信号和数字信号之间接口的模数转换器(Analog-To-Digital Converter,ADC)的作用变得尤为重要。随着MOS器件特征尺寸的不断减小,供电电压变低,使得栅氧化层变得更薄以保证可靠性,这对模拟电路的设计提出了更高的要求。因此,在深亚微米工艺和低电源电压条件下实现高线性度低功耗的ADC将成为挑战。 本文针对低电源电压条件下的流水线模数转换器进行研究,分析模数转换器设计过程中可能产生的误差来源,充分了解误差因素,在此基础上提出新的第一级传输结构。这种结构类似于采样保持电路,提供更大的反馈系数,从而降低运放带宽要求,达到降低功耗的目的。为进一步优化转换器的功耗,分析运放的工作状态,相邻子级问通过使用运放共享降低功耗,在此基础上分析了运放共享可能引起的问题并提出解决方案。电路的设计过程中,基于低电压设计大摆幅输出运放,显著提升转换器的信噪比。结合利用这些技术,实现具体电路设计和版图的完成。 为了验证本论文所提出的设计方案,基于台积电的130nm工艺,1.1V供电电压下实现7级流水线模数转换器芯片。芯片测试结果表明利用以上技术,流水线ADC系统在20MS/s,3MHz输入信号情况下,有效比特数(effective number ofbits,ENOB)为10.53,无杂散动态范围(spurious free dynamic range,SFDR)为74dB,整个芯片的功耗为6mW。本论文提出的设计方案对高精度低功耗的ADC设计具有良好的参考价值。
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