14bit+125ms2fs流水线型adc中mdac的设计

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1、万方数据东南大学硕士学位论文目前主流的ADC类型有逐次逼近型(SAR)ADC、快闪型(Hash)ADC、Sigma．deltaADC、流水线(Pipelined)ADC和折叠内插(folding．interpolating)ADC，如图l-l所示，它们在速度和精度方面各有特点‘¨。在这几种ADC中，流水线型ADC在速度和精度两方面实现了较好的折衷，成为了无线通信应用中高性能ADC的理想选择。采样军／Hz图l-l不同类型模数转换器速度及精度特点国际顶级期刊JSSC近年来发表了数篇精度在14比特以上，采样率在1

2、00MS／s以上的流水线型ADC相关文献【24J。针对高性能流水线型ADC，目前主要存在以下几个研究热点：(1)采用时间交织技术来获得更高采样率[7。91。时间交织ADC包含M个子ADC通路，每一个通道工作在fjM的采样频率下，各通道交替进行采样与输出数字转换码，再通过交织，形成￡的整体采样率。但是时间交织ADC的整体性能对各通道之间的不匹配十分敏感。通道间的增益误差对输入信号的幅度产生调制，通道间的采样时间误差对输入信号的相位产生调制，它们都将使输出信号频谱在通道采样率的整数倍处产生输入信号频谱的延拓，这

3、些误差增加了ADC的噪底，恶化，其信噪比。针对这些误差，目前主要出现了trimming、数字校准、数字滤波等解决方案‘10】。(2)采用校准技术来弥补工艺尺寸缩小造成的影响，在实现高度转换的同时获得更高的精度。在流水线型ADC中，校准的对象主要是由运放增益误差造成的级间增益误差以及由电容失配造成的子DAC误差，校准技术可分为模拟域校准及数字域校准。其中模拟域的校准方法主要包括电容trimming技术，电容平均技术等，而数字域的校准主要包括码域均衡校准技术，伪随机序列注入校准技术等【11‘”J。(3)采用创新

4、结构，如使用开环运算放大器来搭建MDAC电路等。随着工艺尺寸减小，供电电压降低，传统闭环运放越来越受到电压裕度的限制，难以获得高增益，而多级运放又难以保证稳定性，且功耗较大。因此文献[12]等提出了基于开环运算放大器的MDAC。目前半导体工业界，主要由德州仪器(TI)和亚德诺半导体公司(ADD推出了一系列精度在14bit以上采样速率在100MS／s以上的高性能流水线型ADC，典型产品如表1．1所示。这些ADC的信噪失真比S1NAD(SignaltoNoiseandDistortionRatio)均在70dB

5、以上，无杂散动态范围SFDR(Spurious—FreeDynamicRange)均在80dB以上，不过功耗都比较大。2万方数据第一章绪论表1-1商用高速高精度芯片分辨率采样率SINADSFDR电源电功耗公司型号(bit)(MS／s)(dB)压(V)(mW)TIAD$5500141257l823．3578TIADS42JB461416075．1953．31230ADIAD66491425073．2851．81000ADIAD66451410575．2891．81500ADlAD92581412573881．

6、8750近几年学术界发表的关于高速高精度流水线型ADC的文章，主要如表1．2所示。可以发现发表的成果中ADC的各个性能指标相差较大，这是因为学术界更关注采用某一关键技术改善不同方面的性能指标，如功耗、精度等。表1-2学术界流水线型ADC＼参数＼标称精度采样率工艺SINADSFDR电源功耗文献(bit)(MS／s)(nm)(dB)电压、(V)(mW)’350[2]14125751003．31850BiCMoS【3]1612518078．6961．8385180[4]1625077．8901．8850BiCMo

7、S[5]14100Bipolar749051250180[6]16100771003_31180BiCMOS[16]147535073853340[17]152018073981．8285目前国内关于高速高精度流水线型ADC的研究基础仍然比较薄弱，工业界还没有公司推出相应的商用产品。而在学术界，复旦大学等发表了少量高性能流水线型ADC的研究成果[12l，和国外先进水平还存在不小的差距。另外，高速高精度ADC属于对我国的禁运品，因此必须投入较多的精力进行自主研发。1．3论文研究内容及结构本文主要讨论14bit

8、125MS／s流水线型ADC中第一级2．5bitMDAC的设计，针对精度、速度和功耗等方面的设计难点，从选取MDAC架构到搭建晶体管级电路进行研究设计，详细介绍采样开关电路、高增益宽带余量放大器等关键电路模块，重点介绍一种新型的电容失配数字校准电路，给出前、后仿真结果。本文设计的电路使用SMIC0．18¨znCMOS工艺，电源电压为1．8V，量化电压范围为-4-800mV，输入信号共模电压为900mV。在采样频率