一种低压高速的流水线型adc数字校正系统的分析与实现-analysis and implementation of a low voltage and high speed pipeline adc digital correction system.docxVIP

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2018-06-03 发布于上海
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一种低压高速的流水线型adc数字校正系统的分析与实现-analysis and implementation of a low voltage and high speed pipeline adc digital correction system.docx

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一种低压高速的流水线型adc数字校正系统的分析与实现-analysis and implementation of a low voltage and high speed pipeline adc digital correction system

摘要现代社会正处于一个数字信息飞速膨胀的时代，将连续的模拟信号转化为数字信号的接口模拟-数字转换器（ADC）应用越来越广泛，复杂的应用场合对ADC性能的要求也日益提高。流水线型ADC凭借其可实现的中高速速度和中高精度分辨率，在中高速ADC应用场合使用最普遍，同时也最受广大学者和工程师的青睐。鉴于流水线型ADC功耗较大的劣势和采样保持电路消耗功率最大的特点，设计无采保的流水线型ADC已成为ADC高速低功耗应用中的迫切需求。首先，本文从流水线型ADC工作的基本原理入手，建立了流水线型ADC的数学模型，并详细分析了ADC中存在的各种误差源和相应的影响。运用Matlab软件，对一种10位500MSPS无采保的流水线型ADC进行了行为级建模，针对级电路中存在的电容失配误差和增益误差，提出了前台校正技术和后台校正技术相结合的数字校正算法，并进行了行为级验证。行为级仿真结果显示，校正算法能够有效地提升流水线型ADC的动态范围和噪声性能，有效精度可以提升大约3Bits。然后，本文运用VHDL硬件语言，将已经通过行为级验证的校正算法，转换成可综合的RTL（寄存器）级数字电路，并运用Modelsim软件对代码进行了仿真和验证。仿真结果显示，所有的待校正的误差均存在校正过程，并且最终的校正值在合理范围之内。最后，基于0.13μm标准CMOS工艺，依据数字集成电路设计的流程，运用DesignComplier和Encounter等EDA设计工具，将校正算法转换为物理可实现的数字版图，并且进行了后仿真验证。最终获得的数字版图面积为800μm*600μm，后仿真结果也符合预期的结果。关键词：流水线型ADC,失配误差校正,增益误差校正,数字ASIC流程ABSTRACTModernsocietyhasrunintoastageinwhichallkindsofinformationrepresentedbydigitalsignalsrisesexplosively.Theapplicationsofanalogtodigitalconverters(ADCs)whichconvertthecontinuousanalogsignalstodigitalsignalsbecomewiderandwider.Meanwhile,thecomplexityofvariousapplicationsdemandsforbetterandbetterADCs.AsthepipelinedADCscanachieveamid-highspeedandmid-highresolution,theybecomethemostwidelyusedADCsinmid-highspeedapplicationsandtheyareacademicresearchedmostbyICscholarsandengineers.However,thedisadvantageoflargepowerconsumptioninpipelinedADCsandthemostpowerhungryblock“SampleandHold”(SHA)makethedesignofSHA-lesspipelinedADCsmoreandmorepopularinhighspeedlowpowerapplications.Firstly,thebasicoperationprincipleswereintroducedandamathematicmodelofpipelinedADCwasbuiltinthethesis.Afterthoroughanalysisofvariouserrorcausesandhowtheyaffectedthesystem,aSHA-less10bits500MSPSpipelinedADCmodelwasbuiltusingthetoolofMatlab.Toreducethecapacitormismatcherrorandthegainerror,acalibrationmethodwasofferedwhichcombinedforegroundcalibrationandbackgroundcalibrationtechniqueandthefunctionofcalibrationwastestified.Theresultsofsimulationshowedthatthecalibrationmethodcouldpromotethedynamicrangeandnoiseperformancebyadding3bitstotheeffectiveresolution.Secondly,thecalibrationmethodwhichwasalrea