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高精度流水线ADC关键子电路的研究设计

作　者: 林春
导　师: 李晓潮
学　校: 厦门大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 流水线ADC 栅压自举 带隙基准
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


模数转换器作为数据转换技术不可缺少的一部分,在微电子技术高速发展的带动下正飞速发展,市场对模数转换器的速度和精度的要求也不断的提高。开关电容型流水线ADC凭借其能够在速度、精度和功耗上折中的特点,得到了广泛的应用。采样保持电路和基准电路作为流水线ADC的关键模块,它们的性能直接影响着流水线ADC的整体性能,而采样开关作为采样保持电路的基础组成部分,采样开关的线性和非线性特性对采样保持电路的精度和速度有着关键的影响。本文的主要工作是针对项目实际需要,对流水线ADC的采样保持电路的采样开关和基准电路进行研究设计。本文在对高精度流水线ADC结构和工作原理深入研究的基础上,给出了采样保持电路中采样开关和基准电路所要达到的性能要求,然后根据性能要求分别设计了栅压自举开关和基准电路,使得采样保持电路的整体性能得到了大幅度的提高,并且实现了基准输出电压的低温度系数和高电源抑制比的优化。最后在0.35um CMOS工艺下完成了栅压自举开关和基准电路的版图设计和DRC、LVS以及后仿真验证,并给出基准电路的流片测试结果,结果表明达到了实际使用要求。本文解决的关键技术主要包括：(1)在不增加时钟信号的基础上,简化了栅压自举开关的结构,减小了栅压自举开关版图面积的需求,有效地减小了开关导通电阻的非线性和电路复杂度,很大程度的提高了采样保持电路的动态性能。(2)提出了一种改进型的基准电路,在几乎不增加传统基准电路复杂度的基础上,利用MOS管的负反馈实现了对基准电路温漂系数的优化,同时通过形成的反馈环路提升了基准电路的电源抑制比。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENT  10-13
第1章 绪论  13-20
  1.1 研究背景  13-15
  1.2 关键技术及研究现状  15-17
    1.2.1 采样保持的关键技术及研究现状  15-16
    1.2.2 基准电路的关键技术及研究现状  16-17
  1.3 版图设计的重要考虑  17-18
    1.3.1 匹配性设计  17-18
    1.3.2 耦合  18
  1.4 论文主要研究内容及组织结构  18-20
第2章 流水线ADC的基础与架构  20-35
  2.1 基本结构与工作原理  20-21
  2.2 ADC的性能指标  21-24
    2.2.1 静态指标  21-22
    2.2.2 动态指标  22-24
  2.3 12位流水线ADC架构的选取  24-25
  2.4 采样保持电路的性能要求  25-32
    2.4.1 采样保持电路的结构  26-29
    2.4.2 非理想因素分析  29-32
  2.5 基准电路的性能要求  32-33
  2.6 本章小结  33-35
第3章 栅压自举开关的分析与设计  35-49
  3.1 栅压自举开关的原理  35-36
  3.2 典型栅压自举开关  36-37
  3.3 栅压自举开关的实现  37-40
  3.4 仿真结果与分析  40-45
  3.5 栅压自举开关的版图与后仿真  45-48
    3.5.1 栅压自举开关的版图  45
    3.5.2 栅压自举开关的后仿真  45-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章 基准电路的分析与设计  49-76
  4.1 带隙基准的工作原理  49-52
    4.1.1 V_(BE)的负温度特性  49-50
    4.1.2 ΔV_(BE)的正温度特性  50-51
    4.1.3 带隙基准的原理  51-52
  4.2 带隙基准的性能指标  52-53
  4.3 高精度高电源抑制比带隙基准电路的分析与设计  53-62
    4.3.1 基准电路的结构  54
    4.3.2 温度系数分析  54-57
    4.3.3 电源抑制比分析  57-61
    4.3.4 启动电路分析  61-62
  4.4 仿真结果与分析  62-67
    4.4.1 温度系数仿真  63
    4.4.2 电源抑制比仿真  63-64
    4.4.3 线性调整率仿真  64-65
    4.4.4 启动特性仿真  65-67
  4.5 基准电路的版图与后仿真  67-71
    4.5.1 基准电路的版图  67-69
    4.5.2 温度系数的后仿真  69-70
    4.5.3 电源抑制比的后仿真  70
    4.5.4 线性调整率的后仿真  70-71
  4.6 基准电路的测试  71-74
  4.7 本章小结  74-76
第5章 结论与展望  76-78
参考文献  78-81
硕士期间发表论文  81-82
致谢  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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