【摘 要】
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高速高精度的模数转换器(ADC)在移动通信系统中扮演着重要的角色。传统的高速高精度ADC通常采用流水线(Pipeline)结构实现,但是传统Pipeline ADC的功耗很高,不适合应用在电池供电的低功耗系统中。而流水线逐次逼近型模数转换器(Pipelined SAR ADC)具有高转换速率、高分辨率和低功耗的优势,可以更很好地适应当前通讯和消费电子领域发展对ADC的性能要求,因此对该结构的技术创
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高速高精度的模数转换器(ADC)在移动通信系统中扮演着重要的角色。传统的高速高精度ADC通常采用流水线(Pipeline)结构实现,但是传统Pipeline ADC的功耗很高,不适合应用在电池供电的低功耗系统中。而流水线逐次逼近型模数转换器(Pipelined SAR ADC)具有高转换速率、高分辨率和低功耗的优势,可以更很好地适应当前通讯和消费电子领域发展对ADC的性能要求,因此对该结构的技术创新和电路设计逐渐成为当前ADC研究的热点。基于TSMC-65nm CMOS工艺实现了一款具有一步1.5位(1.5-bit/cycle)的8位400MS/s逐次逼近型模数转换器。该款模数转换器在转换周期内具有12.5%的冗余度,对由于电容阵列内电容值不匹配、比较器失调及回踢噪声所引起的比较器输出误码有很好的容错能力。与传统的1.5-bit/cycle电容开关时序相比,第三章所提出的新型1.5-bit/cycle电容开关时序无需设置预置位,仅需要两个参考电压,这不仅降低参考电压偏置电路设计难度,同时也增加了转换速度,减少了功耗损失。在1.2V电源电压下,采样频率为400MS/s时,第三章所实现的模数转换器在奈奎斯特输入频率下,SNDR为40.88d B,功耗为2.1m W,Walden Fo M值为58f J/conversion-step,Schreier Fo M值为147.7d B。基于TSMC-65nm工艺实现了一种12位200MS/s两级流水线逐次逼近型混合结构模数转换器。该款模数转换器由两个子级SAR ADC和一个动态残差增益放大器组成。第一级子SAR ADC采用第三章所述的具有1.5-bit/cycle的SAR ADC,分辨率设计为6位。第二级子SAR ADC采用一步一位(1-bit/cycle)的SAR ADC,分辨率设计为7位。动态残差增益放大器采用具有温度补偿的动态放大器,可在一定程度上稳定地为第二级子SAR ADC提供残差增益,放大倍数设计为8。在1.2V电源电压下,采样频率为200MS/s时,27℃的TT工艺角下,第四章所实现的模数转换器在奈奎斯特输入频率下,SNDR为73.27d B,功耗约为2m W,Walden Fo M值为2.7f J/conversionstep。本论文对流水线逐次逼近型混合结构模数转换器的关键技术进行了深入的研究,通过对子级SAR ADC的结构进行创新优化,实现了Pipelined SAR ADC性能的提升,经过流片与仿真分析,验证了Pipelined SAR ADC关键技术的适用性,为以后进一步研究流水线逐次逼近型混合结构模数转换器等高速模数转换器打下坚实的基础。
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