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基于数字校正技术的二步流水线式A/D转换器的研究与设计

作　者: 周华
导　师: 张志勇
学　校: 西北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 二步流水线式 模数转换器 数字校正 量化器
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


二步流水线式ADC是目前ADC最主要的产品之一，主要应用在速度和精度兼顾的领域，如通讯中的无线局域网，消费产品中的手机、高清晰度电视等。本文设计完成了一种基于数字校正的二步流水线式模数转换器，它以传统二步式ADC结构为基础，结合了Pipeline ADC的流水线工作方式和数字校正技术，相比于传统的二步式ADC，在两方面进行了改进。首先引入数字校正技术，在降低对前级电路设计要求的同时增强了系统的容差能力；其次，增加两个采样保持电路使系统工作在流水线方式下，提高了系统的数据吞吐能力和转换速率。系统中重点设计的模块包括：采样保持电路、两级量化器和数字校正电路。采样保持电路采用全差动开环结构以满足系统所需的速度，同时加入单位增益放大器、减小β的射极负反馈电流源以及伪MOS开关以减小误差提高精度。两级量化器是Flash结构ADC，采用全差动电阻梯加比较器网络的结构，跟传统Flash结构相比，其特点是积分非线性小、对电阻匹配的要求低、能有效地抑制共模噪声。量化器中的比较器采用输入级放大加预放大锁存结构，实现了高速度和高的回馈噪声抑制。数字校正电路将正冗余算法和负冗余算法相结合，并在余量正向溢出的情况下对第一级量化器输出采用温度码-补码的编码方式，降低了后级电路的复杂度。采用上华0.6μm BiCMOS工艺模型，工作电压5V，在Cadence的SPECTRE下对各单元电路进行了设计和仿真，达到了系统需要的性能指标，在采样频率为40MS／s时，该ADC可达到10位的分辨率。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-14
  1.1 选题的目的及意义  7-8
  1.2 模数转换器的现状及发展趋势  8-12
  1.3 论文的内容及安排  12-14
第2章 模数转换器概述  14-23
  2.1 模数转换器的分类  14-19
    2.1.1 全并行(Flash)A/D 转换器  14-15
    2.1.2 二步式(Two-step)A/D 转换器  15-16
    2.1.3 折叠(Folding)A/D 转换器  16
    2.1.4 流水线(Pipeline)A/D 转换器  16-17
    2.1.5 逐次逼近(Successive Approximation)A/D 转换器  17-18
    2.1.6 过采样 Σ-ΔA/D 转换器  18-19
  2.2 模数转换器主要特性参数  19-22
    2.2.1 静态参数  19-21
    2.2.2 动态参数  21-22
  2.3 小结  22-23
第3章 二步流水线式模数转换器的原理及设计方案  23-32
  3.1 二步流水线式模数转换器的原理  23-26
    3.1.1 二步式 ADC 的工作原理  23-24
    3.1.2 二步式 ADC 的特点  24
    3.1.3 传统二步式 ADC 存在的问题  24-26
  3.2 基于数字校正的二步流水线式 ADC  26-31
    3.2.1 基于数字校正的二步流水线式 ADC 设计思想  26-27
    3.2.2 系统设计方案  27-28
    3.2.3 系统流水线工作时序  28-29
    3.2.4 数字校正  29-31
  3.3 小结  31-32
第4章 关键单元电路的设计和优化  32-58
  4.1 采样保持电路  32-42
    4.1.1 采样保持电路原理  32-34
    4.1.2 采样保持电路的性能参数  34-35
    4.1.3 采样保持电路设计  35-39
    4.1.4 采样保持电路开关设计  39-42
  4.2 数字量化器  42-52
    4.2.1 差动电阻梯分压网络  42-46
    4.2.2 比较器  46-48
    4.2.3 电流舵(Current-Steering) DAC  48-50
    4.2.4 温度码─二进制码编码电路的设计  50-52
  4.3 减法器的设计  52-54
  4.4 数字校正电路设计  54-56
  4.5 小结  56-58
第5章 模数转换器的性能仿真  58-72
  5.1 模块电路的性能仿真  58-67
    5.1.1 采样保持电路仿真结果  58-60
    5.1.2 量化器电路仿真结果  60-63
    5.1.3 减法器电路仿真结果  63-64
    5.1.4 数字电路仿真结果  64-67
  5.2 系统性能仿真  67-70
  5.3 小结  70-72
第6章 总结与展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
攻读硕士期间发表的学术论文  78-79
附录  79-82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 数模、数模转换电路
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