低壓低功耗流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設計技術(shù)研究.pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC:Analog-to-Digital Converts)作為數(shù)字世界與模擬世界之間的橋梁無論是在信號處理系統(tǒng)還是通信系統(tǒng)中都有著無可替代的作用。在眾多不同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中,為了求得高的解析度和高的轉(zhuǎn)換速度,流水線結(jié)構(gòu)是目前上佳的選擇。這種結(jié)構(gòu)在功耗、速度與精度上取得了良好折中,可以滿足大部分應用系統(tǒng)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標的要求。
　　本論文在實際工程項目的支持下,主要研究標準 CMOS工藝下,低功耗、高性能以及

2、低電壓條件下的流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路設計技術(shù)。采用0.13μm標準CMOS工藝,設計并實現(xiàn)一種低功耗、12bit分辨率、40MS/s轉(zhuǎn)換速率的流水線ADC。為長期演進(LTE:Long Term Evolution)無線通信系統(tǒng)提供一個可集成的高性能 ADC,同時為高速 ADC的產(chǎn)品化及今后更高性能的 ADC研究奠定良好的基礎。因此,本論文從低功耗、低電壓流水線型 ADC的基本設計原理和設計方法著手,針對其中最關(guān)鍵的電路單元運算放大器

3、和采樣開關(guān)進行了深入研究,取得的主要成果包括:1)將襯偏效應抵消的 T型開關(guān)引入運放共享的流水線級,提出了級間串擾抵消的運放共享流水線結(jié)構(gòu),仿真結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的運放共享結(jié)構(gòu)在 SNDR上提高了3.42dB;2)為了在低電源電壓下獲得較大的信號擺幅,設計了一個采用混合頻率補償方法的兩級增益提升循環(huán)折疊的共源共柵(RFC:Recycling Folded Cascode)運算放大器,并深入分析了該運放的小信號頻率特性,設計的運放

4、應用在各流水線級電路中,在保持較低功耗的同時獲得了足夠的增益和速度,仿真結(jié)果顯示,設計的運放達到100dB直流增益、640MHz單位增益頻寬,功耗7.6mW;3)提出了一種新的雙通道 MOS自舉開關(guān)電路并將其用于前端輸入采樣。設計的電路充分考慮了器件可靠性與軌到軌的應用要求,采用同時自舉 nMOS和 pMOS的并行結(jié)構(gòu),在降低 MOS開關(guān)導通電阻的同時,在輸入信號的全擺幅范圍內(nèi)實現(xiàn)了接近常數(shù)的導通電阻值,而且提出的自舉電路與標準的 N?

5、WELL CMOS工藝兼容。采用標準的 TSMC0.13μm CMOS工藝進行仿真測試,設計開關(guān)的導通電阻在輸入信號全擺幅范圍內(nèi)的變化小于4.3％,有效提高了采樣電路的精度和線性度;4)改進了傳統(tǒng)的 nMOS柵壓自舉開關(guān)并將其用于底板采樣的共模開關(guān),設計的電路有效緩解了傳統(tǒng)開關(guān)中的電荷泄漏問題,提高了自舉柵壓值。仿真結(jié)果表明,改進的開關(guān)電路在自舉柵壓上相較于傳統(tǒng)開關(guān)提高了70mV,確保了模數(shù)轉(zhuǎn)換器在信號輸入頻率較高時仍然有較好的性能。<