流水线型adc确定性后台校正系统研究与设计

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1、硕士学位论文流水线型ADC确定性后台校正系统研究与设计RESEARCHANDDESIGNOFDETERMINISTICBACKGROUNDCALIBRATIONSYSTEMFORPIPELINEDADC金杰哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN453学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文流水线型ADC确定性后台校正系统研究与设计硕士研究生：金杰导师：李景虎申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TN453U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHANDDESIGNOFDETERMINISTICBACKGROUNDCALIBRATIONSYSTEMFORPIPELINEDADCCandidate：JinJieSupervisor：LiJinghuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliati

3、on：SchoolofInformationandElectricalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要模数转换器（Analog-to-DigitalConverter，ADC）在混合信号系统中起到将外界模拟信号转换为数字信号的特殊作用。流水线型ADC作为中高速ADC的代表，能对速度、精度和功耗很好地折中，在很多领域都有广泛应用。所以它一直是模拟/混合信号集成电路中的

4、研究热点。随着集成电路工艺的进步，数字电路飞速发展，而模拟集成电路的发展却相对滞后，ADC也就成了限制混合信号系统发展的瓶颈。数字校正技术的出现以及广泛应用使得ADC设计中对模拟信号的精度要求转向数字域。该技术能缓和电源电压降低和晶体管本征增益下降对ADC中模拟电路设计的影响，并且在实现高精度ADC的同时显著降低ADC功耗。与常规的数字辅助校正ADC采用开环工作方式的简单放大器代替传统的闭环运放不同，本文采用了电流效率更高的推挽共源运放。对低增益推挽共源运放引入的高阶非线性误差，本文采用对运放传输函数建立精确模型的方式进行消除。该校正算法首先在流

5、水线子级中引入校正子DAC，通过周期性地向校正子DAC注入数字测试信号获得建模所需的插值端点，然后采用分段的三阶多项式拟合出运放传输函数曲线。针对工艺限制引入的电容匹配误差，本文又采用Karanicolas技术进行校正。为了验证这种算法的校正效果，本文设计了12位分辨率，10M采样率的流水线型ADC核心电路，其中第1-4级子级采用推挽共源运放作为级间运算放大器。ADC核心电路和数字校正算法混合仿真的结果表明，ADC的DNL和INL分别从校正前的（-1~1.75）LSB和（-7.9~7.6）LSB提高到校正后的（-0.75~0.5）LSB和（-0.

6、9~1.2）LSB。对于4.88MHz的正弦测试信号，SFDR和SNDR分别由校正前的44.3dB和38.8dB提高到校正后的82.0dB和70.7dB。校正后ADC的有效位数从6.2位提高到了11.5位。该ADC的总功耗为89.5mW，数字电路占总功耗的10.0%。同时，该校正算法只需要11264个采样周期即可完成所有校正参数估计，具有收敛时间短的特点。关键词：流水线型ADC；推挽共源运放；非线性误差；数字校正算法-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAnalog-to-digitalconverter(ADC)playsaspe

7、cialroleofconvertingoutsideanalogsignalsintodigitalsignalsinmixed-signalsystems.AsarepresentativeofmediumandhighspeedADCs,pipelinedADCmakesagoodcompromiseamongspeed,accuracyandpowerdissipation,anditiswidelyappliedinmanyfields.So,pipelinedADChasbeenanactivetopicforanalog/mixed

8、-signalICdesign.Withimprovementofintegratedcircuitprocess,digitalcir