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。

10Bit 50Ms/s流水线结构模数转换器的仿真分析及设计

在详细分析了高速高精度模数转换技术原理的基础上,选择采用九级流水线结构实现具有10位分辨率、50Mhz采样频率的模数转换器电路。本文设计的九级流水线结构的模数转换器,采用全差分的开关电容电路实现。为了保证开关电容电路处理模拟信号的速度和精度,采用了差分跨导运算放大器,这个放大器采用共源共栅补偿和动态共模反馈,具有很好的增益和带宽。

基于时钟抖动流水线结构的高效率真随机数发生器

现代加密系统对密钥随机性的需求不断增加。使用时序抖动、热噪声、亚稳态等作为熵源的真随机数发生器,因其可以提供高质量的随机性成为该领域的研究热点。因此,提出一种可配置、轻量级、高效率的真随机数发生器。该发生器使用基于随机数学模型的设计方法,由差分构架的两级时钟抖动流水线组成。第一级流水线中两个环形振荡器在规定时间内累积抖动,第二级流水线利用近似相同的两个环形振荡器的微小周期差构建时间数字转换器,对第一级输出的高斯抖动进行量化,通过数字化模块输出随机比特。在时间数字转换器运行过程中,第一级流水线已经重新启动累积下一个阶段的抖动,减少了空闲时间,提高了真随机数的质量和效率。在Xilinx Atrix-7平台进行了验证,该结构的硬件资源仅消耗了25个LUTs和13个DFFs,获得高达32.55 Mb/s的吞吐量。

低功耗33MHz采样频率,10比特流水线结构的模数转换器

介绍了一个 33MHz,10bit,3 3V流水线结构的模数转换器 (ADC) .该ADC采用了一种带预放大级的运算放大器和一种动态比较器来降低功耗 ;采用了电荷泵电路来提升时钟信号的电压 ;采用了一个恒跨导偏置电路 .本芯片在 0 35 μmCMOS工艺上实现 ,芯片面积为 1 2× 0 .4mm2 .芯片工作在 33MHz时功耗为 6 9 4mW ,采样 16MHz正弦信号时的信噪比 (SNDR)为 5 8 4dB .

12bit 10MS/s流水线结构模数转换器

介绍了12 bit,10 MS/s流水线结构的模数转换器IP核设计。为了实现低功耗,在采样电容和运放逐级缩减的基础上,电路设计中还采用了没有传统前端采样保持放大器的第一级流水线结构,并且采用了运放共享技术。瞬态噪声的仿真结果表明,在10 MHz采样率和295 kHz输入信号频率下,由该方法设计的ADC可以达到92.56 dB的无杂散动态范围,72.97 dB的信号噪声失调比,相当于11.83个有效位数,并且在5 V供电电压下的功耗仅为44.5 mW。

10b80MHz/s流水线结构模数转换器设计及系统仿真

使用了MATLAB提供的SIMUL INK工具箱,对1.5位/级10b流水线结构模数转换器系统进行了设计及系统仿真。用SIMUL INK建立起每级的仿真模型,并将其封装成一个模块,然后把9级模块级联起来,建立起系统的模型。运行结果表明,通过该方法建立起来的模型能够达到10b的分辨率和80MH z的采样速率。

流水线结构模数转换器的分析与设计

在混合信号集成电路系统中,模数转换器(ADC)是一个关键的模块。许多现代应用,如高分辨率图像、视频处理及无线通信等,都要求具有高采样率、高精度的模数转换器。流水线结构ADC具有能同时实现高采样速率和高分辨率的特点。对于10bit,1MSample/s以上的ADC系统而言,流水线结构是一种合适的设计方案。芯片采用台积电(TSMC)0.25um,混合信号1P5M+/2P5M2.5V/3.3V CMOS工艺,该工艺提供MIM结构电容。电路典型工作电压为2.5V,在室温下,输入信号为5MHz采样频率100MHz时信号噪声失真比为59.7dB,功耗为102.6mW。

基于量子电压的模数转换器性能评估

相比于用传统半导体器件研制的信号源,约瑟夫森任意波形发生器合成信号的幅值可溯源至自然常数,其输出波形具有超低噪声、超低失真的优点。使用约瑟夫森任意波形发生器评估了National Instruments公司24位数字采集卡PXI 5922的性能。其中,采用零补偿波形合成方法简化系统硬件结构,并且使用高精度、多比例的感应分压器提升评估效率。首先,在10 kHz的带宽内标定了PXI 5922单通道的增益及其稳定性、信噪比、无杂散动态范围、总谐波失真、信纳比和有效位数;其次,标定了PXI 5922两通道不同相位下的相位差;最后,结合电网的谐波情况,以60 Hz的基波频率为例,标定了PXI 5922在12阶谐波以内各谐波的幅度与相位响应。约瑟夫森任意波形发生器的超高精度和宽带输出能力在评估高精度模数转换器的性能方面具有广阔的应用前景。

基于磁性隧道结和双组分多铁纳磁体的超低功耗磁弹模数转换器

本文提出了一种由8个磁性隧道结(magnetic tunnel junction,MTJ)构成的3位磁弹模数转换器(magnetoelastic analog-to-digital converter,MEADC),该转换器中MTJ自由层为双组分多铁纳磁体.通过对多铁纳磁体实施应变介导的电压调控,可以实现零场条件下的确定性磁化翻转.研究发现:对于给定尺寸,给定材料的双组分多铁纳磁体,压电层厚度与双组分多铁纳磁体的临界翻转电压线性相关.基于该原理,通过调整压电层的厚度使得MEADC具有8个不同的电压切换阈值,将模拟信号转换为8个多铁MTJ不同磁化状态组合.同时,设计了锁存比较器和独立的读取电路来检测MTJ的阻态,以此实现了数字信号的输出.Monte Carlo功能模拟表明:该MEADC在室温下写入成功率可达100%;此外,读写电路相互分离,使得压电层厚度与MTJ的输出参考电压无关,因此每个MTJ可设置相同的参考电压,从而具有更高的读取可靠性.微磁仿真和数值模拟分析发现:该MEADC的工作频率可达250 MHz,单次转换能耗仅为20 aJ;与基于Racetr ack技术的磁模数转换器相比,能耗降低了1000倍,采样速率提高了10倍.本文提出的MEADC可为基于自旋电子器件的存算一体电路架构提供重要的技术支撑.

基于MATLAB的1.5位/级10位流水线结构模数转换器系统仿真

提出了利用MATLAB提供的SIMULINK工具箱,对1.5位/级10位流水线结构模数转换器系统进行仿真的新方法。用SIMULINK建立起每级的仿真模型,并将其封装成一个模块,然后把9级模块级联起来,建立起系统的模型。运行结果表明,该方法是可行的。

一种用于音频应用的高动态范围高精度模数转换器

提出了一种应用于音频应用的Zoom型模数转换器,采用一个5位异步逐次逼近式(Successive Approximation Register,SAR)模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)与3阶多位量化离散时间的Delta-Sigma调制器相结合,通过SAR ADC进行粗量化、Delta-Sigma调制器进行精细量化的方式,实现高的动态范围和精度。该Zoom型模数转换器采用0.18μm CMOS工艺实现,仿真结果表明,在1.8 V电源电压和3.072 MHz采样频率下,实现了109.34 dB的信号噪声失真比(Signalto-Noise-and-Distortion Ratio,SNDR),17.87 bits的有效位数(Effective Number of Bits,ENOB),112.7 dB的动态范围(Dynamic Range,DR),整体电路功耗为3.73 mW。

基于FPGA的高速模数转换器评估系统

设计并验证了一种基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的高速模数转换器(ADC)评估系统。基于FPGA设计了底层逻辑,根据不同的测试指标控制ADC的信号采集和数据转换,将模拟输入信号转换为数据存储到FPGA的分布式存储器(Block RAM)中,通过用户数据报协议(UDP)将数据传输到电脑端的基于MATLAB开发的上位机,由电脑中央处理器(CPU)负责处理计算数据并输出测试结果到用户界面上。以一款16位、采样率100 MS/s的ADC为例,以该评估系统对ADC的各项参数指标进行测试和分析。实验结果表明,该系统可以实现高速、高精度ADC的测试和评估。

一种数字域自校正流水线模数转换器改进结构

研究了对流水线模数转换器级间增益误差进行补偿的数字域自校正算法,提出了一种适用于数字域自校正的改进的流水线结构.该结构通过对参考电压的调整,避免了以往自校正结构中产生丢失码字、降低输入范围的现象.结果表明,校正后系统的线性度有了大幅度的提升.

超小面积超低功耗9位模数转换器

设计了一种40 nm CMOS技术下的9位差分逐次逼近式(SAR)模数转换器(ADC)。通过理论推导计算电容器失配误差和寄生效应的影响,结合MATLAB软件特点建立了快速蒙特卡洛仿真模型,模型可根据ADC各项关键参数约束,实现多结构性能比较算法。根据工艺参数和版图提取信息,将实际参数代回仿真模型进行快速验证,极大降低了架构调整带来的迭代成本。最终实现的ADC硅片面积仅为0.0043 mm^(2),在125 kS/s采样率下测得的功耗开销仅为360 nW,对于2.6 kHz的1.8 Vpp输入信号实现了8.4 bit的有效位数(ENoB)和68.8 dB的无杂散动态范围(SFDR)。

流水线模数转换器中高速低功耗开环余量放大器的设计

为了降低流水线模数转换器(ADC)中余量放大器的功耗并提高其速度,提出了一种新的开环余量放大器结构及其增益控制方法.该放大器采用简单差动对结构,并使用放大器的复制电路和一个差动差值放大器来控制主放大器输入对管的跨导,以稳定开环余量放大器的增益.所提出的放大器结构可以工作在低电源电压下,而且不需要共模反馈电路,与采用共源共栅结构和共模反馈的开环放大器相比,功耗更低,响应速度更快.仿真结果表明,所提开环余量放大器的功耗仅为5.5 mW,在满幅度阶跃输入的情况下,输出建立时间小于3 ns.将该开环余量放大器应用到采用数字校准的流水线ADC中,实现了采样率为4×107s-1的12位模数转换.

流水线模数转换器的一种数字校准技术

为了降低流水线模数转换器中数字校准电路的规模和功耗,提出了一种新的基于信号统计规律的后台数字校准技术.该技术采用自适应搜索算法和二元单调函数的幅值增量比较算法,分别对基于信号统计规律的数字校准技术中的距离估计电路和查找表进行优化设计,减少了距离估计所需的数字电路和查找表所需的ROM空间,极大地降低了数字电路的规模和功耗.应用该校准技术实现了一个12位、采样率为4×107s-1的流水线模数转换器.测试结果表明,同优化前相比,该芯片数字电路的功耗降低了93%,所需ROM空间减小了95%.整个芯片采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计,总功耗为210 mW,芯片面积为3.3 mm×3.7 mm.

一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法

对于流水线模数转换器(ADC),电容失配是一种主要的非线性误差源.为了减小电容失配误差,提出了一种电容失配校准的方法.该方法通过一种电荷相加、电容交换和电荷反转移的电路技术,可将电容失配误差减小至其2次项.基于所提出的方法,设计了一种0.6μmCMOS,13b,2MS/s的流水线ADC实验芯片.对所设计的实验芯片进行测试,得到了0.5LSB的DNL和2.5LSB的INL,并且当以614kHz的采样率对19.2kHz的输入进行转换时,得到了71.2dB的SFDR和64.1dB的SNDR,当以2MHz的采样率对125kHz的输入进行转换时,得到了70.6dB的SFDR和62.22dB的SNDR.以上结果表明,ADC得到了超出电容匹配精度的线性度,证明了所采用的电容失配校准方法的有效性.

流水线模数转换器中的宽带电流型运算放大器

针对高清视频信号处理对动态范围大,运算速度快的模数转换器(ADC)的要求,提出了一种流水线宽带电流型运算放大器。该运算放大器的主放大器采用套筒式增益提高结构,辅助运算放大器用电流型放大器替代。采用电流共模反馈电路调节主运算放大器的支路电流以稳定输出共模电平;采用TSMC 0.18μm CMOS工艺设计电路。实验结果显示:辅助运算放大器采用源极输入,减小了信号主通路上的寄生电容,提高了整个运算放大器的电路速度。运算放大器的增益为83.19dB,相位裕度为61.6°,单位增益带宽为1.6GHz,功耗为9.3mW;在满幅度阶跃输入的情况下,输出建立时间小于1.83ns。将该运算放大器用于高清视频信号的流水线ADC中,实现了170MS/s,10bit精度的模数转换。同传统的电压型运算放大器相比,该运算放大器响应速度更快,功耗更低,可满足处理视频信号的要求。

一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法

对于流水线模数转换器来说 ,电容失配是一种主要的非线性误差源 .为了减小电容失配误差 ,本文提出了一种电容失配校准的方法 .该方法通过一种电荷相加、电容交换和电荷反转移的电路技术 ,可将电容失配误差减小至其 2次项 .动态模型仿真演示了一个由 4 bit电容匹配精度实现 12 bit积分非线性 (INL)的例子 ,验证了电容失配校准的有效性 .与传统电路相比 ,该方法只需在模拟电路中增加几个开关 ,因此电路实现仍然简单 .另一方面 ,由于一个转换周期需要 2个以上的时钟相 ,会影响模数转换的速度 .因此 ,该方法适用于中等高速。

10bit 20MS/s流水线模数转换器设计

设计了一个20MHz采样率,10bit精度流水线模数转换器。采用新颖的栅压自举开关,使电路在输入信号频率很高时仍具有良好的动态性能;用MATLAB仿真增益增强型运算放大器在不同反馈因子下闭环零、极点特性,提出了使大信号建立时间最短的主运放、辅助运放单位增益带宽和相位裕度范围。采用SMIC0.35μm2P4M工艺流片验证,20MHz采样率,2.1MHz输入信号下,SFDR=73dBc,ENOB=9.18bit。