论文部分内容阅读
流水线ADC因为高速高精度特点,被广泛的应用于通信和图像处理系统。近年来,随着电源电压的不断降低以及深亚微米技术带来的限制,功耗正成为限制流水线ADC工作性能的最大障碍。本文主要针对12位100MSPS流水线ADC中的关键部分MDAC及其OTA单元进行研究,力求使用开环结构以达到降低功耗的目的。从工作原理和电路结构上,将开环结构MDAC与传统的比闭环结构进行比较。以闭环结构在功耗、速度和精度之间的折中关系为出发点,分析闭环结构存在的优势以及在未来电源电压不断降低、本征增益不断减小等等限制条件下将存在的劣势。与之对应,以集成电路技术发展的种种趋势为出发点,分析在MDAC中使用开环结构,并辅以数字校正,实现低功耗所存在的优势。在具体的开环MDAC模块设计中,针对高线性度要求,主运放以源极负反馈为基础,扩大了信号的线性输入范围,再以辅助运放(交叉耦合电路)产生与输入信号成平方的电流,对主运放单元进行尾电流源的线性修正,以取得更好的线性度。同时,为了降低温度、工艺和环境等因素所带来的增益变化影响,并补偿运放输入端寄生电容引起的增益衰减作用,使用主运放的复制电路及误差放大器构成增益控制单元,以反馈原理来确保所需增益的精度。基于0.18μm/1.8V硅CMOS工艺模型,在Cadence仿真环境下对MDAC及其运放单元进行模拟仿真。结果表明,首级3.5位MDAC使用开环结构后,建立精度为499.82mV,建立时间为4.06ns;运放单元的非线性主要体现在三次谐波上,其HD3=-67.65dB;总电路静态功耗为8.71mW,与传统结构通常为40mW的功耗相比,实现了低功耗设计目标。最后,采用0.18μm双层多晶硅、四层金属的CMOS工艺完成了开环结构MDAC及其OTA单元的版图设计。通过以上研究分析及结果表明,使用开环结构搭建的MDAC能够达到12位100MSPS流水线ADC的系统指标要求,并有效降低功耗。