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随着数字信号处理和数据转换技术的发展,无线通信系统日益进步。软件可编程宽带无线收发机的商业化应用已具备可能。进一步地,可以由此发展出频带及通信协议由软件所定义的系统架构。这一发展对于无线基站尤为有利,主要体现在以下几点:降低基站成本、体积、复杂度和功耗,更重要的是可以支持各种不同的调制方式和协议。但这种高性能收发机对应用其中的模数转换器(ADC)的性能提出了严苛的要求。对于该系统所覆盖的分辨率和采样率范围,基于开关电容电路(SC)的流水线结构模数转换器是最佳选择。本文着重设计了一款适应于无线蜂窝基站应用的具备高速高精度以及高无杂散动态范围(SFDR)的流水线模数转换器。该模数转换器具备14比特分辨率和100兆采样/秒转换速率。文章首先简要介绍了ADC的应用环境及发展现状;之后从系统角度,讨论了高速高精度流水线模数转换器的基本架构,分析了各种电路非理想因素并提出了一种数字后台校准算法以减小转换中的非线性;接着从电路实现的角度,详细阐述了关键模块电路的分析和设计,如改进型的栅压自举(bootstrap)采样开关、增益自举(gainboosting)两级密勒补偿运算放大器、高速低回踢噪声比较器、低抖动时钟电路等;在本文最后,介绍了版图设计,测试方法及测试结果。本文中所设计的ADC采用SMIC的0.18μm单层多晶六层金属的CMOS工艺实现,芯片核心面积为7.16mm~2,在1.8伏电源电压下核心功耗为220mW(不包括数字输出驱动缓冲器)。测试结果显示,数字后台校准,该ADC的微分非线性度和积分非线性度分别为+0.18/-0.18LSB和+1.1/-0.6LSB,达到14比特线性度。在100兆采样率下,该ADC对8.1兆赫兹的输入信号频率,可以达到75.1dB的无杂散动态范围(SFDR)和66.1dB的信号噪声失真比(SNDR);对502.8兆赫兹的输入信号频率,可以达到74.5dB的无杂散动态范围和61.5dB的信号噪声失真比。