16位1MS/s CMOS SAR A/D转换器设计及校准技术

摘要

逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)由于其结构简单、功耗低、面积小、易集成等特点,在中等速率、中至高等精度应用场合受到了广泛的青睐。为了满足精密仪表、医疗设备和工业成像等应用对高精度和低功耗ADC的需要,高精度SAR ADC的低功耗设计显得尤为重要。而影响SAR ADC精度的主要因素是电容的匹配性,因此为了实现高精度的SAR ADC,必须对电容的失配采取一定形式的校准技术。传统的校准方式都是由模拟电路来实现的,而随着CMOS工艺的不断提高数字电路在速度、集成度和面积方面有很大的优势,如果校准技术能用数字电路实现将带来很大的好处。
　　论文首先提出了一种用于实现高精度SAR ADC的新型分段结构。研究了分段结构二进制电容网络中寄生电容和电容失配对ADC性能的影响,并在Matlab中建立了行为级模型,仿真验证和理论推导一致。同时,详细分析了高精度比较器的实现以及失调电压。然后在Cadence中基于TSMC0.18μm CMOS工艺设计了一种16位1MS/s SAR ADC,在3.0V电源电压下所设计的ADC的SNDR为96.8dB。最后研究了SAR ADC的校准技术,详细阐述了基于“Split ADC”的数字校准技术。并在Matlab中对基于“Split ADC”的数字校准技术进行行为级建模仿真,仿真结果验证了该校准技术的可靠性。

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第一章 绪论

1.1 研究的目的与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 论文的结构安排

第二章 高精度逐次逼近型模数转换器概述

2.1 SAR ADC 工作原理

2.2 SAR ADC 具体电路实现

2.3 高精度 SAR ADC

2.4 小结

第三章 一种 16 位 1MS/s SAR A/D 转换器的电路实现

3.1 系统结构

3.2 采样开关

3.3 DAC 电容网络

3.4 比较器的设计

3.5 SAR 控制逻辑

3.6 整体仿真

3.7 小结

第四章 SAR A/D 转换器的校准技术

4.1 模拟校准技术

4.2 基于“Split ADC”的数字校准技术

4.3 小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 未来展望

致谢

参考文献

研究成果