高性能流水线adc中mdac的研究

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1、高性能流水线ADC中MDAC的研究摘要MDAC(MultiplyingDigital—to—AnalogConverter，余量增益单元)是高性能流水线ADC(Analog-to—DigitalConverter，模数转换器)中最重要的模块之～，其性能的优劣对整个流水线ADC的精度和速度起着决定性的作用。随着对高性能流水线ADC研究的不断深入，高性能MDAC的研究与设计也成为关注的热点之一。本文基于1．8V电源电压的Chartered0．18p,mCMOS工艺，设计了适用于14．bit、100MSPS流水线ADC

2、中第一级流水级的MDAC电路。文中首先阐明MDAC在流水线ADC中的重要地位，分析MDAC原理及其主要误差来源，为后续MDAC电路设计奠定基础。围绕速度问题，建立了MDAC中运算放大器建立时间的数学模型；围绕精度问题，分析了MDAC中影响较大的一些非理想性因素如运放的有限增益、采样开关的电阻非线性、电荷注入、时钟馈通以及开关电容失配等，并给出消除或改善由此所带来的误差的方法；综合考虑速度、精度和功耗，将14．bitADC第一级量化的有效位数确定为3位。然后，依据上述分析，确定所设计MDAC的结构以及运放的设计指标

3、，并开展包括运算放大器、共模反馈电路、栅压自举开关等电路的设计。重点设计了两级增益提高运放及其共模反馈电路，使其满足高增益、高带宽的设计指标要求。最后，完成了ADC第一级MDAC的版图设计与验证。本文利用CadenceSpectre软件下对所设计的电路进行了仿真验证。仿真结果表明，在100MHz采样频率下，当信号达到12bits有效精度时，MDAC系统的建立时间为2．9ns。对频率为47MHz的输入信号做8192点FFT计算，得到MDAC的无杂散动态范围(SFDR)为83．47dB。关键词：流水线ADC，MDAC

4、，增益提高运放，共模反馈电路，栅压自举开关TheresearchofMDACinhighperformancepipelineADCABSTRACTMDAC(MultiplyingDigital··to--AnalogConverter)isoneofthemostimportantblocksinhighperformancepipelineADC．ItplaysapivotalroleintheaccuracyandspeedofthewholeADC．Asthedevelopmentoftheresearc

5、hinhighperformancepipelineADC，theresearchanddesignofhighperformanceMDAChasbecomeahottopic．Basedon1．8Vpower，Chartered0．181xmCMOSlibrary，thepaperhasdesignedaMDACappliedinthefirststageina14bit，100MSPSpipelineADC．firstpointinthepaperistheimportanceofMDACinpipelin

6、eADCaswellastheanalysisofprincipleandtheoriginoftheerrorinMDAC，whichisthecornerstoneofthelaterdesign．Focusingonspeed，webuildmathematicmodelofsetuptimeofOTAinMDAC．Centeringinaccuracy,weanalysissomemainnon·idealelementssuchasthelimitedgain，thenon-linearofresist

7、anceinsampleswitch，thechargeinjection，theclockfeedthroughandthemismatchofcapacityofswitch．Alsoweputforwardmethodsineliminatingandreducingerrors．Consideringthepower，speedandaccuracy，wedefinetheeffectivebitsinthefirststagein14bitADCas3bits．Then，accordingtothean

8、alysisabove，wedefinethestructureofMDACandthetargetofOTAaswellasthedesignofOTA，CMFB，gain-boostswitch．Theemphasisisthedesignoftwo—stageOTAandCMFBaimingatreachingthedemandofhighgain，highband