一种11bit流水线高速模数转换器

为解决流水线模数转换器(ADC)在连续工作时功耗高、电容器匹配度有限以及运算放大器大摆幅输出信号下线性度下降的问题,基于0.5μm BCD工艺,设计了一款11 bit流水线高速ADC。提出了无采样保持放大器、幅度减半和多位量化相结合的设计方法,使ADC在大摆幅信号下有足够的线性度来处理信号,同时使电容数模转换器(DAC)的匹配精度满足ADC分辨率的要求,极大地降低了对电容阵列几何参数的匹配精度要求,具有较低的功耗。采用Cadence Virtuoso设计版图,测试结果表明,芯片的微分非线性(DNL)在-0.5~+0.5 LSB范围内,有效位数(ENOB)为10.61 bit,功耗为97 mW,获得了较好的性能。

一种具有纹波消除技术的10 bit SAR ADC

逐次逼近寄存器模数转换器(SAR ADC)在逐次逼近的过程中,电容的切换会使参考电压上出现参考纹波噪声,该噪声会影响比较器的判定,进而输出错误的比较结果。针对该问题,基于CMOS 0.5μm工艺,设计了一种具有纹波消除技术的10 bit SAR ADC。通过增加纹波至比较器输入端的额外路径,将参考纹波满摆幅输入至比较器中;同时设计了消除数模转换器(DAC)模块,对参考纹波进行采样和输入,通过反转纹波噪声的极性,消除参考纹波对ADC输出的影响。该设计将信噪比(SNR)提高到56.75 dB,将有效位数(ENOB)提升到9.14 bit,将积分非线性(INL)从-1~5 LSB降低到-0.2~0.3 LSB,将微分非线性(DNL)从-3~4 LSB降低到-0.5~0.5 LSB。

高精度SAR ADC电容阵列设计及校准算法

在高精度逐次逼近寄存器模数转换器(SAR ADC)中,电容阵列是SAR ADC的核心之一。电容阵列中的电容失配问题是导致转换精度降低的一个重要原因。为了尽可能改善这一问题,设计了一种6+6+6分段电容阵列,并且基于这种阵列设计了权重迭代算法的前台数字校准。该方法不需要额外的电容阵列,利用自身的电容阵列与比较器量化出电容失配,计算出每一位输出码的权重校准系数,用来对正常量化出的输出码进行编码,实现校准功能。仿真结果表明,引入电容失配的18 bit SAR ADC经过该算法校准后,信噪比(SNR)从77.6 dB提升到107.6 dB,无杂散动态范围(SFDR)从89.8 dB提升到125.6 dB,有效位数(ENOB)从12.54 bit提升到17.54 bit。在SMIC 0.18μm工艺下,该校准算法对高精度SAR ADC的动态性能具有较大提升。

超低功耗逐次逼近寄存器型模数转换器的设计

采用逐次逼近方式设计了一个12 bit的超低功耗模数转换器(ADC)。为减小整个ADC的芯片面积、功耗和误差,提高有效位数(ENOB),在整个ADC的设计过程中采用了一种改进的分段电容数模转换器(DAC)阵列结构。重点考虑了同步时序产生电路结构,对以上两个模块的版图设计进行了精细的布局。采用0.18μm CMOS工艺,该ADC的信噪比(SNR)为72 d B,有效位数(ENOB)为11.7 bit,该ADC的芯片面积只有0.36 mm2,典型的功耗仅为40μW,微分非线性误差小到0.6 LSB、积分非线性误差只有0.63 LSB。整个ADC性能达到设计要求。

应用于AD变换器中的两种预放大器的对比研究

针对AD变换器中的预放大器设计了两种全差分放大器电路,一种采用了传统的阻性共模反馈电路结构,另一种则对这个共模反馈电路上进行了改进,并给出了改进的理由、分析和仿真结果。利用SMIC 0.18μm COMS混合信号工艺,把这两种预放大器应用到一个Flash结构的AD变换器中进行了对比流片,预放大器满足AD变换器60 Mbit奈奎斯特采样带宽的要求。流片测试结果表明,采用改进结构预放大器的AD变换器与采用传统结构预放大器的AD变换器相比,信噪比SNR获得了改善,有效位数ENOB提高了大约0.6 bit,改进的预放大器达到了预期的设计要求。