【摘 要】
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作为当今社会发展热点,物联网设备正在逐渐融入人们生产生活各个方面,使得智能传感器越来越普及。作为其中的核心器件,ADC的需求量在逐渐上升。考虑到其严苛的电源环境,ADC的低功耗设计显得尤为重要;同时,为了满足分辨率需求以及适应复杂的应用场景,ADC的信噪比以及PVT稳定性要求也越来越高。ΔΣADC适用于高精度、低功耗场合,通过过采样与噪声整形技术,可以有效降低带内噪声。更高的阶数具有更好的噪声整形
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作为当今社会发展热点,物联网设备正在逐渐融入人们生产生活各个方面,使得智能传感器越来越普及。作为其中的核心器件,ADC的需求量在逐渐上升。考虑到其严苛的电源环境,ADC的低功耗设计显得尤为重要;同时,为了满足分辨率需求以及适应复杂的应用场景,ADC的信噪比以及PVT稳定性要求也越来越高。ΔΣADC适用于高精度、低功耗场合,通过过采样与噪声整形技术,可以有效降低带内噪声。更高的阶数具有更好的噪声整形效果,但也具有更容易饱和的缺点。MASH ADC可以在相对低阶的环路稳定要求基础上,实现更高的信噪比。本文结合传感器应用领域低功耗、高动态范围的设计要求,研究和设计了低功耗2-0 MASH ADC。论文设计的2-0 MASH ADC采用数字前馈型结构。第一级ADC采用SAR ADC作为前馈支路量化器,其输出结果与比较器输出结果相结合,作为第一级ADC的量化结果,这种数字前馈结构实质是Zoom ADC。此时,反馈DAC变为多bit。这有利于减小积分器信号摆幅并减小功耗。在电路层面,本文创新地提出了一种动态体偏置辅助的相关电平漂移技术,在仅采用一个供电电容条件下,将单级浮动反相放大器的直流增益提高到66d B以上。本文提出的2-0 MASH ADC采用TSMC 55nm CMOS工艺,芯片核心面积为0.136mm~2,信号带宽为1k Hz。测试结果表明芯片在1.2V电源电压下,功耗为2.87μW,在278.5Hz、-1.9d BFS输入时,测得的SNDR、SNR和SFDR分别为94.0d B、95.8d B和99.8d B,实现了高达179.4d B的Fo MSNDR和182.3d B的Fo MDR。同时,在电源电压变化的情况下,可以保证相对稳定的工作。
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