【摘 要】
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近年来,随着物联网技术和数字通信设备的迅速普及,数字信号处理技术及相关技术发展迅速。模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）作为模拟信号和数字信号的沟通桥梁,在实现模拟信号转换为具有高速、抗干扰性强的数字信号起到至关重要的作用。逐次逼近型模数转换器（Successive Approximation ADC,SAR ADC）具有结构简单、高精度以及低功耗等优势,广
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近年来,随着物联网技术和数字通信设备的迅速普及,数字信号处理技术及相关技术发展迅速。模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）作为模拟信号和数字信号的沟通桥梁,在实现模拟信号转换为具有高速、抗干扰性强的数字信号起到至关重要的作用。逐次逼近型模数转换器（Successive Approximation ADC,SAR ADC）具有结构简单、高精度以及低功耗等优势,广泛应用于便携式产品、图像视频传输、无线传感网络、工业控制等领域。SAR ADC成为了近几年ADC研究的热点,得到了广泛的关注。本文基于以上背景,设计了14位高精度、低功耗的SAR ADC电路。本文设计的SAR ADC电路包括参考电压模块、比较器模块、数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC）和数字逻辑控制模块。在设计参考电压模块时,采用分段温度补偿和数字修调技术,设计低温漂、高精度带隙基准,通过误差放大器将带隙基准输出电压进行升压,作为SAR ADC的参考电压。基于开环比较器和可再生比较器结构设计具有高精度的比较器。在DAC电路设计中,采用分段式电容阵列结构,可以提高SAR ADC的转换速度和精度,并在低位电容阵列采用电容串并结构,有效的减少SAR ADC的面积。在设计数字逻辑控制模块时,使用Verilog语言实现逐次逼近逻辑,并设计内部时钟电路,为比较器模块提供时钟信号。基于华虹宏力0.11μm CMOS工艺,对SAR ADC进行模块和整体仿真并绘制SAR ADC模拟版图。在电源电压为3.3V,仿真温度在-40°C～125°C范围内,带隙基准温度系数为2.18ppm/°C,带隙基准输出电压为1.2V,参考电压输出2.4V。正常工作下,比较器模块可实现4μV的精度,功耗为1.667m W。整体SAR ADC的后仿真结果为:在时钟频率为18MHz,采样频率为900k Hz,输入信号频率为385Hz,幅度为2.4V的正弦信号,仿真的信噪比（Signal Noise Ratio,SNR）、信噪失真比失真信噪比（Signal to Noise and Distortion Ratio,SNDR）、无杂散动态范围（Spurious Free Dynamic Range,SFDR）和谐波失真（Total Harmonic Distortion,THD）分别为68.75d B、66.28d B、70.75d B和-69.91d B,其有效精度（Effective Number Of Bits,ENOB）为10.72bit。SAR ADC正常工作下功耗为3.696m W。综合结果表明,本文提出的14位SAR ADC能满足设计要求。
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