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由于超大规模集成电路和微细加工技术的发展,人们已经成功地将整个信号处理系统集成在一块芯片上,以达到低功耗、高性能、高集成度和高可靠性的目的,并且大大降低系统成本和面积。整个信号处理系统中,模数转换器起着桥梁作用,因此它作为模拟和数字的接口,要满足数字处理系统对速度、精度以及功耗的要求。而低压型模数转换器具有工作电压低、面积小和功耗低等特点,非常适合用在片内集成系统和便携式电池供电设备中。
本论文介绍了模数转换器的各种结构,并且叙述了各自的特点。根据比较结果,选择了逐次逼近型结构来实现低压型模数转换器,并阐明了原因。最后完成了低压型逐次逼近型模数转换器的设计。本论文的主要工作包括以下三个方面:
1.采用了模拟电路自顶向下的设计思想,根据需要从系统级提出了各种模拟单元主要指标,并描述了主要的非理想因素,用Matalab搭建了一个逐次逼近型模数转换器的仿真模型。
2.在电路级,根据系统级仿真所提指标选择了合适的预放大器和锁存器,同时,为了保证比较器的分辨率,采用了自归零技术。根据采样速度和精度的要求,合理地选择了开关的结构和尺寸。最后完成了整个模数转换器的电路级设计和前仿真。
3.根据整个模数转换器的电路结构,进行了合理的版图设计,提取寄生参数,对反提的电路进行了后仿真。最后,用Matalab计算了几个重要的性能参数,对该模数转换器的性能进行了评估。
本文的低压型逐次逼近型模数转换器基于SMIC0.18um混合信号工艺,1.8V电压供电。当输入信号的幅度为0.9V,频率为0.49MHz,采样率为4MHz时,信噪比约为55dB,有效位数为8.9bit,整个模数转换器的平均功耗为3.7mW。