文档介绍：浙江大学硕士学位论文
摘要
随着集成电路工艺与技术的飞速发展,集成电路已经进入系统级芯片
阶段。高速、低功耗转换器被广泛地用作模拟,特别是在通信和视频处
理应用中。本文在。数模混合工艺下设计了一个采
样精度为比特,工作频率为的低功耗流水线〕转换器芯片。
本文采用了流水线结构以兼顾高速和低功耗要求。整个转换器由级组
成,每级比特,这样的结构级选择很好地平衡了速度与功耗之间的矛盾。另
外在设计中还采用了静态功耗很小的动态比较器,其较大的失调误差可以通过数
字校正电路得以纠正。运放的设计是流水线转换器设计的关键,本文首先
从系统分析入手,根据性能指标要求得到了运放的增益和带宽约束。为同
时实现高增益、大摆幅及高带宽,运放的设计在传统的拓扑结构上作了改进。
经仿真验证,该设计在的工作频率下,输入信号频率为时的
信噪比能达到,符合设计要求。
【关键词】流水线转换器、开关电容、数字校正、乘法数模转换器
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第一章绪论
转换器的现状和发展趋势
近来,由于集成电路工艺和技术的发展,集成电路已经发展到系统级芯片
的阶段,这就极大地促进了计算机和通信技术的发展。从许多应用上
说,复杂的数字集成电路的出现已经不断地取代了模拟电路,数字电路所具有的
设计上的灵活性和制造工艺上良好的抗干扰性相比模拟电路占据了压倒性的优
势,然而,对于数字系统与固有的模拟世界的有效的接口来说,模拟信号的调节
和数据转换电路是必不可少的。但是,模拟集成电路的作用较以前已经发生了变
化,通常,大多数复杂的系统是以数字信号处理和计算电路为核心,该核心电路
与外部的模拟环境由一层模拟接口电路来进行缓冲隔离。如图所示,一个
典型的信号处理系统是由一个转换器和一个数字信号处理器组成,
可以说,转换器的性能已成为制约整个系统性能的瓶颈。目前,高速、高精
度和低功耗的的设计已经成为模拟电路设计的众多难题之一。
电压数字
外部的
模拟信
号,如
温度、
声音、
图象等
图信号处理系统框图
随着的出现,将转换器作为一个单独的模块集成到数字系统电路
中已经逐渐成为一个趋势,但是将模拟与数字电路相组合使得电路的设计和仿真
更加复杂。对于混合电路的设计而言,整个设计的工艺技术要满足数字性能的最
佳要求是十分自然的,同时,为了减少整个系统的功耗,模拟电路和数字电路应
尽可能在同一个电压下面工作为适应整个系统的低电压工作,必须对模拟一数
字转换电路作重新的分析。
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将工艺应用于集成电路设计是一个巨大的进步,相比传统的双极型工
艺,工艺具有低成本、低功耗和高集成度的优点,加上工艺的器件
尺寸可以按比例缩小,而尺寸的缩小也不断地提高了器件的速度,对于
深亚微米的工艺更是如此,这就使得技术逐渐在模拟电路中占据了主导的
地位。随着工艺的发展和进步,技术己被证明是实现的最佳选
择「
对于转换器电路的设计而言,速度和精度的折衷是一个主要的挑战,这
两个指标的具体要求对选择合适的转换器结构有决定性意义。现在研究的比
较广泛的转换器类型有闪烁型〕转换器,流水线转换器,基于折叠和
插值技术的转换器,电流型转换器和转换器等
从精度上考虑,江〕转换器具有最高的精度。〕转换器又称过采
样转换器,由于其具有相对简单的结构,同时又具有高性能和易集成化的数字滤
波功能,以及与的兼容性,因此得到了广泛的应用。现在市场上出售的
〕转换器转换精度最高可达位。当然,精度的提高是以牺牲转换速度为代
价的,因此只适用于音频信号、低频信号测量等领域
从速度上考虑,全并行闪烁型转换器具有最高的速度,但是随
着转换位数的增加,所用的比较器的数目也会急剧增加,并且对比较器本身的性
能也提出了较高的要求。因此,只有在需要高速并且对精度要求不高的情况下,
并且对功耗要求相对的宽松,才会应用闪烁型转换器
流水线结构的转换器兼顾了芯片的面积和转换速度,这使得流水线
转换器在高速、高精度的转换中得到非常广泛的应用。相对闪烁型转换
器而言,在相同的精度下具有小的多的面积流水线转换器所占用的面积与
该转换器的分辨率呈线性关系,而闪烁型转换器的面积与分辨率呈指数
关系,这使得闪烁型转换器在比特或是更高的精度要求下由于消耗面积过
大而不可行而流水线转换器则可以通过采用自校正等技术
之后,使得精度进一步的