文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
10bit自校准算法型流水线ADC设计
姓名:骆冬根
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:黄鲁
20050501
摘要本文研究了一个ǘ取缭吹缪埂采样率、自校准算法型流水线结构哪D獾ピ5缏飞杓疲晗傅靥致哿似湓怂惴糯笃鳌⒉裳持/减法增益电路以及数字校准算法的原理,这种模数转换器的模拟部分区别于采用一般数字校正的流水线模数转换器,它通过控制信号来使模数转换器工作于校准或是正常转换状态,因而其时钟产生电路和开关电路较一般数字校正流水线8丛印1旧杓乒ぷ魇窃贑设计环境中进行的,使用仿真器对所设计电路进行仿真,采用工艺模型。在综合考虑了速度、功耗、精度及动态特性的要求之后,设计了/的流水线结构,模拟部分全部采用全差分结构来提高输入范围、抑制谐波失真。模拟单元数字输出为位,其中最低四位为冗余位,用于提高校准精度和消除级间增益人为减小带来的失码误差。数字校准技术用来校准最高的七位,并将这七位的校准系数分别存储于片上存储器中用于正常转换时的校准过程。为了保证开关电路的运作速度及精度,采用增益型共源共栅结构的运算放大器以及动态共模反馈,这种类型的运算放大器直流增益和单位增益带宽较大,并具有合适的电压输出摆幅。本文的研究工作还包括能够通过特别的时序控制而产生校准及正常转换状态的专用于算法型流水线牟裳3郑醴ㄔ鲆娴缏贰⒆幽J;黄鳌时钟产生电路、参考电压产生电路的设计。本设计完成的模拟电路设计方法可用于更高精度的自校准型流水线模数转换器的设计,另外,本文中还较详细的阐述了数字校准电路的原理及实现方法。关键词:模数转换器;流水线:数字自校准;采样保持中用科学投术大学埘:宦畚
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第一章绪论模数转换器的研究状况和进展自然界中存在的大多数物理现象是幅度连续变化的模拟量,对于非电学信号可以通过传感器转换为模拟电压或电流信号。虽然可以用模拟电路直接处理这些模拟信号,、传送、存储及信号处理都不容易实现,要实现很高的精度是比较困难的,达到较高的精度需要付出很高的代价。相比之下,数字信号只是一些离散值,信号的传送、存储更易于实现,并且随着计算机技术、数字信号处理臀⒌缱蛹际醯姆⒄梗中藕糯碓来越容易实现,而且有更好的精度,所以现代电子系统基本上都是采用数字系统来处理模拟信号。模拟数字转换器猼狣虺艫是一种将模拟信号值转为数字信号值的器件,它的功能就是将外界输入的模拟量按照一定的规律转换成相应的数字编码。按照应用场合对采样率和功耗的不同要求,目前有多种类型的模数转换器,采用何种类型决定了男问胶托阅堋H魏卫嘈偷哪J;欢及ㄈ龌镜功能:采样/保持,量化和编码。采样/保持将模拟信号在时间上离散化;量化将采样模拟信号的幅度离散化使之成为数字信号;编码则是将数字信号最终表示成数字系统所能接受的形式。按峁骨郑写车娜ú⑿薪峁鼓J;黄⒅鸫伪近型模数转换器⒒中湍J;黄灿薪昀葱路⒄蛊鹄吹牧魉咝湍J;黄凸裳埔弧髂J;黄∑一,这些类型的模数转换器各有其优缺点以满足不同的具体应用要求。壕哂腥ú⑿行藕糯淼奶氐悖窍纸袼俣茸羁斓哪J;黄鳎采样速度可以达到几百到上采样率/每秒傻缱琛⒈冉掀鳌时钟电路、编码电路及输出寄存器等组成:作为并联型的模数转换器,其量化过程是一次完成的,对于一个坏牟⒘P湍J;黄鳎哪D獠慰嫉缪故紫缺分成了案隽炕缙剑胫杂τ衒耙鱿嗟鹊牡缙郊涓簟DD馐淙胄藕庞中罔科学技术人学碗十学位论文第一章绪论
所有的量化电平同时进行比较,然后将其接近的电平所对应的量化数据输出,所以其转换时间主要取决于比较器响应速度和逻辑电路的速度,位数的增加对转换时问的影响较小,但是随着分辨率的增加,内部元件数目会呈几何级数增加,输出的数字位数每增加一位,精密分压电阻的数量就是增加一倍,比较器的数目也近似增加一倍。另外,分辨率增加时对于电阻等元器件精度和匹配特性会提出更严格的要求。所以,并联型模数转换器虽然速度很快,但是其电路规模巨大,输入电容、功耗及芯片面积都很大,所以一般只适用于灰韵碌哪J;唬湫应用是分级式并行何A颂岣遞木ǘ龋饩霾⑿斜冉闲虯提高分辨率和增加元件的矛盾,用两缴位低分辨率的闪烁式词迪諲位精度模数转换,一般用于—ǘ取⒓赴費以上高速S级楹希第一级为高位,第二级为低位。其转换过程分为三步:第~步是用第一级位低分辨率的闪烁式阅D庑藕沤芯炕涑龅氖纸峁魑狽位的高位:第二步,将这位数字结果进行数模转换得到一个模拟值,通过模拟减法电路在原模拟电压中减去这一模拟值得到一个电压余量;第三步,用另一个位的闪烁式缘缪褂嗔吭俅谓辛炕W詈蠼郊赌J;坏慕峁进行组合作为总的菔涑觥K淙辉谒俣壬献髁诵┪钦庵纸峁只需要⋯霰冉掀鳎胂嗤皇牟⒘P虯相比