【摘 要】
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模数转换器（Analog-to-digital Converter,ADC）在声音处理、医疗监护、工业控制和宽带通信等领域都有了较为广泛应用,是现代电子设备必不可少的电路模块。逐次逼近型（Successive-Approximation-Register,SAR）模数转换器（ADC）因为其结构、面积、功耗等方面的优势,广泛应用于信号处理的领域。目前,用户对于现代电子设备电池续航能力的要求越来越高,
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模数转换器（Analog-to-digital Converter,ADC）在声音处理、医疗监护、工业控制和宽带通信等领域都有了较为广泛应用,是现代电子设备必不可少的电路模块。逐次逼近型（Successive-Approximation-Register,SAR）模数转换器（ADC）因为其结构、面积、功耗等方面的优势,广泛应用于信号处理的领域。目前,用户对于现代电子设备电池续航能力的要求越来越高,降低模数转换器的功耗也就成了集成电路设计行业的巨大挑战。本文设计了一款10位分辨率,125KS/s采样率的低功耗SAR ADC,其主要构成部分包括采样开关、DAC模数转换网络、比较器和SAR逻辑电路。本文中的SAR ADC采用的是电容上极板采样的差分结构。首先,电容上极板采样能减少采样开关的个数,意味着减小了采样阶段的功耗;其次,差分结构可以抑制输入的共模噪声、提升电路性能。采样保持电路对传统的开关管进行了改进,采用了栅压自举（bootstrap）技术,使开关管栅源两端的电压保持在电源电压,即开关管的导通电阻保持为定值,从而提高了采样保持电路的线性度。在DAC模数转换网络的设计上,本文选择了基于共模电平（Vcm-based）电容开关时序,相比于传统电容开关时序,这种开关时序能有效降低电容型DAC电平切换时的能耗。此外,为了减小DAC转换网络的电路面积,本设计采用了分段式的电容型DAC。比较器采用了两级动态比较器,两级动态比较器通过时钟信号驱动,在比较过程中不消耗静态电流,避免了额外的静态功耗。最后,设计SAR逻辑电路以及电容开关驱动电路,SAR逻辑电路能够控制比较器和DAC模数转换网络正确地完成每一位数字码的转换。本文中设计的SAR ADC整体电路采用的是Magna Chip 13.0μm BCD工艺,利用Cadence仿真工具对设计的电路进行仿真,通过Matlab对仿真结果的数据进行了分析和处理。经过快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）,得到SAR ADC性能的仿真结果:当采样率为125KS/s时,SAR ADC动态特性为ENOB=9.22bit,SNDR=57.26dB,SFDR=69.84dB。
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