本文關(guān)鍵詞：高速逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感網(wǎng)絡(luò)無論在軍事還是民用領(lǐng)域,都得到了越來越廣泛的應(yīng)用。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,其發(fā)展對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用有著重要意義。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)的功耗極低,面積較小,可以實(shí)現(xiàn)較高的分辨率,成了無線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域ADC的最佳選擇,同時(shí)在便攜式儀表、工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。隨著傳感網(wǎng)對(duì)大數(shù)據(jù)量音、視頻等多媒體信息流需求的不斷增長(zhǎng),無線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)于傳輸速率的要求大大提高,所以設(shè)計(jì)與之適應(yīng)的高速SAR ADC有著很大的意義。本課題基于中高速無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用背景,采用TSMC-0.18um CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款50MS/s、12bit的低功耗ADC。論文研究了SAR ADC常見結(jié)構(gòu),確定采用改進(jìn)型分段電容全差分SAR結(jié)構(gòu)：采用線性度高的柵壓自舉開關(guān)結(jié)構(gòu),提高了ADC精度；采用改進(jìn)型分段電容結(jié)構(gòu)DAC電容陣列,減少了總電容值,縮小了芯片面積,降低成本,同時(shí)提高電容匹配度,降低了功耗和提高了精度；采用高速動(dòng)態(tài)比較器結(jié)構(gòu),在滿足高速比較的前提下,降低了電路功耗；改進(jìn)傳統(tǒng)SAR控制邏輯同步時(shí)序電路,有效利用了空閑等待時(shí)間,減小了延時(shí),從而提高ADC的轉(zhuǎn)換速度。在此基礎(chǔ)上,完成了整個(gè)系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì),電路前仿真結(jié)果表明：最高采樣頻率可達(dá)到79.4MS/s,有效位數(shù)ENOB為11.71bit,信號(hào)噪聲失真SNDR為72.28dB,無雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR為81.37dB。本設(shè)計(jì)采用TSMC-0.18um CMOS工藝完成了高速SAR ADC的電路版圖設(shè)計(jì),版圖大小為0.89mm×0.86mm,總面積是0.77mm2,經(jīng)后仿真采樣率可達(dá)到53.3MS/s。電路后仿真結(jié)果是：最高采樣率可達(dá)到53.3MS/s,有效位數(shù)是10.55bit,信號(hào)噪聲失真比是65.27dB,無雜散動(dòng)態(tài)范圍是74.1 dB,電源電壓1.8V,電路功耗5.54mW。后仿真結(jié)果表明本設(shè)計(jì)完成的SAR ADC滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
【關(guān)鍵詞】：逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 分段電容結(jié)構(gòu) 全差分結(jié)構(gòu) 改進(jìn)同步時(shí)序
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN792
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-12
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)和論文內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)10-12
• 第2章 ADC概述12-26
• 2.1 ADC工作原理12-14
• 2.1.1 采樣保持12-13
• 2.1.2 幅度量化13-14
• 2.1.3 數(shù)據(jù)編碼14
• 2.2 ADC性能參數(shù)14-19
• 2.2.1 基本特性參數(shù)15
• 2.2.2 靜態(tài)性能參數(shù)15-17
• 2.2.3 動(dòng)態(tài)性能參數(shù)17-19
• 2.3 常見ADC結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)19-24
• 2.3.1 全閃速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Flash ADC)19-20
• 2.3.2 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Pipelined ADC)20-21
• 2.3.3 折疊插值模數(shù)轉(zhuǎn)換器(F&I ADC)21-22
• 2.3.4 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)22
• 2.3.5 Σ-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Σ-△ADC)22-23
• 2.3.6 常見結(jié)構(gòu)ADC性能比較23-24
• 2.4 小結(jié)24-26
• 第3章 SAR ADC系統(tǒng)設(shè)計(jì)26-38
• 3.1 SAR ADC的工作原理26-27
• 3.2 SAR ADC的三種典型結(jié)構(gòu)27-33
• 3.2.1 電阻型SAR ADC27-28
• 3.2.2 電流源型SAR ADC28
• 3.2.3 電容型SAR ADC28-33
• 3.3 分段電容結(jié)構(gòu)SAR ADC33-36
• 3.4 小結(jié)36-38
• 第4章 SAR ADC電路研究與設(shè)計(jì)38-58
• 4.1 系統(tǒng)框圖38-40
• 4.2 采樣開關(guān)40-44
• 4.2.1 簡(jiǎn)單采樣開關(guān)40-42
• 4.2.2 其他采樣開關(guān)42
• 4.2.3 柵壓自舉開關(guān)電路42-44
• 4.3 DAC電路44-48
• 4.3.1 單位電容值的選取44-46
• 4.3.2 開關(guān)導(dǎo)通電阻R_(on)46-48
• 4.4 比較器48-52
• 4.4.1 比較器的設(shè)計(jì)48-49
• 4.4.2 比較器的失調(diào)49-51
• 4.4.3 比較器的噪聲51-52
• 4.5 SAR控制邏輯單元52-56
• 4.5.1 D觸發(fā)器設(shè)計(jì)52-53
• 4.5.2 鎖存器設(shè)計(jì)53-54
• 4.5.3 SAR控制邏輯時(shí)序54-56
• 4.6 電路仿真56-57
• 4.7 小結(jié)57-58
• 第5章 版圖設(shè)計(jì)與后仿真58-72
• 5.1 版圖設(shè)計(jì)考慮58-62
• 5.1.1 版圖基礎(chǔ)58
• 5.1.2 匹配與數(shù)模混合版圖設(shè)計(jì)58-60
• 5.1.3 天線效應(yīng)與閂鎖效應(yīng)60-62
• 5.2 單元模塊版圖設(shè)計(jì)62-67
• 5.2.1 采樣開關(guān)62-63
• 5.2.2 DAC電路63-65
• 5.2.3 比較器65-66
• 5.2.4 SAR控制邏輯單元66-67
• 5.3 系統(tǒng)電路版圖67-68
• 5.4 版圖仿真68-71
• 5.5 小結(jié)71-72
• 第6章 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 總結(jié)72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-82
• 碩士階段發(fā)表論文及科研成果82

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本文編號(hào)：446288