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流水线ADC中Offline数字校准电路的设计与实现

作　者: 凌琦
导　师: 李强
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 流水线ADC 数字校准 Offline算法 ASIC实现
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


模数转换器(ADC)性能的好坏对整个电子系统的整体起着决定性的作用。在各种类型的ADC中,流水线(pipelined)ADC凭借高速高精度兼具的优势,在无线通信等领域应用中占据着重要的地位。而随着数字电路取代模拟电路的趋势越来越明显,ADC的数字校准在近20多年来受到了越来越多的关注。本文首先介绍了流水线ADC的基本结构及其主要的误差源。然后,对结构上有明显优势的基于冗余位编码的1.5比特流水线ADC子级进行了描述,并且以此为例分析了各种误差对流水线ADC子级性能的影响。由于项目需求,提出了“高精度流水线ADC+Offline数字校准”的方案。本文在根据“4+4+4+3”四级流水线ADC结构搭建的MATLAB平台上,对Offline算法的性能进行了仿真验证。仿真结果显示经过校准之后流水线ADC的性能有了明显的改善。在MATLAB建立的算法数学模型上,使用了Verilog HDL语言设计了Offline数字电路的RTL模型。随后,分别在ModelSim中对模型的子模块与整体进行了仿真验证。结果显示,RTL模型的设计基本完成了算法设计的目标。在RTL模型的基础上,利用Synopsys公司的标准流程,完成了Offline数字校准电路的ASIC实现。ASIC实现过程主要包括逻辑综合(Design Compiler)、静态时序分析(PrimeTime)、形式验证(Formality)、数模混合后端版图设计(Astro)以及布图后仿真(ModelSim)。布图后仿真的结果与RTL仿真相一致,说明ASIC实现是成功的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-19
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 不同结构ADC的特点与应用  13-14
    1.2.2 流水线ADC数字校准技术的发展  14-17
  1.3 研究课题与论文内容  17-19
    1.3.1 研究课题及其流程  17
    1.3.2 论文结构与内容  17-19
第二章 流水线ADC基本原理及其数字校准  19-33
  2.1 流水线ADC基本结构与工作原理  19-20
  2.2 流水线ADC误差源  20-23
    2.2.1 sub-ADC的比较器失调误差  20-21
    2.2.2 电容失配误差  21
    2.2.3 开关的电荷注入与时钟馈通误差  21-23
    2.2.4 运算放大器的非理想特性误差  23
  2.3 流水线ADC子级及其误差分析  23-31
    2.3.1 1比特流水线ADC子级简析  24-25
    2.3.2 1.5比特流水线ADC子级原理  25-26
    2.3.3 1.5比特流水线ADC子级结构  26-28
    2.3.4 1.5比特流水线ADC子级误差分析  28-31
  2.4 ADC主要性能测试指标  31-33
第三章 Offline数字校准算法的设计与性能仿真  33-46
  3.1 Offline数字校准算法原理及其设计  33-40
    3.1.1 Offline算法基本原理  33-35
    3.1.2 “4+4+4+3”流水线ADC结构  35-38
    3.1.3 Offline数字校准算法的设计  38-40
  3.2 Offline数字校准算法的性能仿真验证  40-46
    3.2.1 Offline算法的MATLAB仿真平台  40-41
    3.2.2 Offline算法的性能仿真  41-46
第四章 Offline数字校准电路的RTL设计与仿真  46-55
  4.1 电路的RTL模型设计  46-50
    4.1.1 校准核心模块  47
    4.1.2 状态机模块  47-48
    4.1.3 模拟控制模块  48-50
  4.2 电路RTL设计的仿真验证  50-55
    4.2.1 RTL设计仿真验证方案  50
    4.2.2 RTL设计关键模块仿真验证  50-54
    4.2.3 RTL设计整体仿真验证  54-55
第五章 Offline数字校准电路的ASIC实现  55-66
  5.1 ASIC实现总体流程简介  55-56
  5.2 逻辑综合  56-59
    5.2.1 逻辑综合概述  56-57
    5.2.2 Offline数字校准电路的逻辑综合  57-59
  5.3 静态时序分析与形式验证  59-62
    5.3.1 静态时序分析概述  59-60
    5.3.2 形式验证概述  60
    5.3.3 Offline数字校准电路的静态时序分析与形式验证  60-62
  5.4 数模混合后端版图设计  62-64
    5.4.1 自动布局布线与Astro  62-63
    5.4.2 Offline数字校准电路的芯片版图设计  63-64
  5.5 布图后仿真  64-66
第六章 总结与展望  66-67
  6.1 总结  66
  6.2 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
个人简历及研究生期间科研成果  72

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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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