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高速高精度ADC集成电路的研究与设计

王继安  
【摘要】: 随着计算机技术、多媒体技术、通信技术和微电子技术的高速发展,图像显示、高性能控制器与传输器的广泛应用,极大地促进了高速、高精度A/D转换器的发展,它作为模拟信号和数字信号之间的接口有着不可替代的作用。高速、高精度ADC由于存在工艺兼容性、功耗和面积限制、噪声问题等设计难题而成为目前研究热点。 本研究针对上述领域和难点取得创新性成果:提出ADC在线数字修调法(OLDT);提出混合模数转换结构;提出高性能余量放大器;提出宽带高性能采样保持电路;发展代码密度法和相干测试法,结合高速采集卡解决了高速ADC静态参数和动态参数的测试问题;基于0.35μm BiCMOS工艺设计并成功研制8位250MS/s 700MHz带宽ADC,并已成功应用于国防工程装备且已投放市场。 论文的创新成果包括: 1.提出ADC在线数字修调法(OLDT)。OLDT利用数字控制电路及MOS开关实现了对器件静态参数的可重复性修调,具有可调整性及灵活性特点,极大的缩短了研发周期。通过在线数字修调技术将ADC生产过程中产生的工艺偏差进行修正。这种在线数字修调方法可以普遍应用于模拟集成电路设计。 2.提出混合模数转换结构。采用5级1.5位/级流水线与3位Flash结构实现8位采样率为250MSPS、带宽为700MHz的A/D转换器,这种混合结构不但能够提高转换速度与精度,同时能够大大降低功耗和芯片面积。通过对电路中各关键模块做深入研究与设计优化,使DNL和INL典型值分别达到±0.25LSB和±0.3LSB。 3.提出高性能余量放大器。利用余量放大器的减法、增益功能实现了流水线结构级间数据传递及转换运算功能。通过对开关和电容的取值优化,消除了余量增益电路对ADC系统引入的微分非线性(DNL)误差,提高了ADC的线性度和精度。 4.提出高性能宽带采样保持电路。通过采用全差分结构及底极板采样技术,消除了沟道电荷注入效应和时钟馈通效应,通过采用自举开关技术消除了沟道导通电阻引入的非线性误差,通过采用共源共基—共源共栅结构,实现了宽带高增益。 5.基于XFAB及Jazz semiconductor 0.35μm BiCOMS体硅工艺投片,样片在对125MHz输入信号进行250MHz采样时SNR=41.31dB,ENOB=6.57Bits,THD=51.77 dB,该电路已成功应用于国防工程装备且已投放市场。 6.发展代码密度法和相干测试方法,结合高速采集卡解决了高速ADC静态参数和动态参数的测试问题。


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