【摘 要】
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随着数字终端的不断发展,各类产品对模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）的速度、精度、功耗等性能要求不断提升,传统单一架构ADC难以满足当前需求。而混合结构的ADC结合了不同架构的优点,提高了ADC的性能,成为研究的热点。作为逐次逼近（Successive Approximation Register,SAR）结构和ΣΔ调制器结构的混合,噪声整形SAR ADC
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随着数字终端的不断发展,各类产品对模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）的速度、精度、功耗等性能要求不断提升,传统单一架构ADC难以满足当前需求。而混合结构的ADC结合了不同架构的优点,提高了ADC的性能,成为研究的热点。作为逐次逼近（Successive Approximation Register,SAR）结构和ΣΔ调制器结构的混合,噪声整形SAR ADC展现出了低功耗、高精度的优势,并愈发受到行业关注。但是现有的噪声整形SAR ADC基本采用低阶整形环路,实现高精度需要较多的原始SAR ADC位数,未充分发挥噪声整形SAR高能量效率的优点。本文研究设计了一款基于噪声整形的高能效13位SAR ADC。在分析误差反馈（Error Feedback,EF）和积分前馈（Cascaded Integrator Feed-Forward,CIFF）两种噪声整形的结构原理和优缺点基础上,提出一种误差反馈和积分前馈级联（EF-CIFF）的四阶噪声整形SAR ADC结构,分析系统中引入的各个噪声分量以及产生因素和传输特性,建立Matlab系统模型,设计系统电路和关键模块,完成后仿真验证。为了实现高能效ADC,采用提出的EF-CIFF四阶噪声整形SAR ADC结构,使用高阶整形实现高精度;为了降低系统功耗,采用单个基于浮动反相器的动态放大器（Floating-Inverter Dynamic Amplifier,FIA）进行残差放大;为了提高系统精度,系统中CIFF环路使用无源积分器和四输入比较器进行求和,同时EF环路对CIFF环路中非理想效应进行二阶整形。基于TSMC 1P9M 65nm工艺,完成了整体电路的设计和版图设计,芯片总面积为680μm×350μm。后仿真结果显示,在采样频率10MS/s、过采样率10、信号频率87.89KHz的工作条件下,ADC的SFDR为85.37d B,信噪失真比SNDR为79.88d B,有效位数为12.97bit,功耗206.4μW,品质因数Fo M达到173.7d B,满足了高能效ADC设计要求。
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