16位1MSPS逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)相對(duì)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(PipelineADC)和Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低，面積小等優(yōu)勢(shì)，在低頻和中頻，中等精度場(chǎng)合倍受歡迎。高精度SAR ADC廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)療設(shè)備，比如CAT掃描儀，便攜式血液分析儀，神經(jīng)傳感等設(shè)備，工業(yè)成像和無(wú)線通信等領(lǐng)域。由于電容失配導(dǎo)致的非線性誤差成為限制SAR ADC精度的主要因素。標(biāo)準(zhǔn)工藝中，沒(méi)有校準(zhǔn)和修調(diào)的SAR ADC能夠?qū)崿F(xiàn)的有效位

2、數(shù)一般在12bit以下，校準(zhǔn)思想的誕生提升SAR ADC有效位數(shù)(ENOB)的空間。在工業(yè)界，高精度SAR ADC首先采用激光修條技術(shù)和特殊工藝來(lái)提高電容匹配精度，再利用校準(zhǔn)技術(shù)校準(zhǔn)電容失配帶來(lái)的誤差。和傳統(tǒng)模擬校準(zhǔn)相比較，數(shù)字校準(zhǔn)具有集成度高，面積小，收斂快等優(yōu)點(diǎn)。因此，數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)成為現(xiàn)在主流的校準(zhǔn)技術(shù)。
　　本文首先闡述了SAR ADC的基本原理。分析了ADC性能參數(shù)，詳細(xì)地介紹了拆分型ADC基本思想及其工作原理。然后，簡(jiǎn)單

3、介紹各種冗余位校準(zhǔn)算法工作過(guò)程，并推導(dǎo)出ADC權(quán)重可校準(zhǔn)需要滿足的條件。為了減小DAC電容網(wǎng)絡(luò)失配帶來(lái)的諧波影響，本論文提出一種新思路—將DWA算法用于DAC網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)ADC輸出一階整形。接著，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)“split ADC”后臺(tái)校準(zhǔn)算法原理分析，提出改進(jìn)型雅克比迭代方法。這種迭代方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用硬件資源少，容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。由于引入DWA算法，校準(zhǔn)算法能夠校準(zhǔn)各種類(lèi)型的信號(hào)，如直流信號(hào)，隨機(jī)信號(hào)，連續(xù)信號(hào)和非連續(xù)信號(hào)。對(duì)ADC整

4、體結(jié)構(gòu)和“split ADC”后臺(tái)校準(zhǔn)算法進(jìn)行行為級(jí)建模驗(yàn)證，校準(zhǔn)算法在600000次量化開(kāi)始穩(wěn)定收斂，權(quán)重誤差在0.5LSB范圍之內(nèi)。系統(tǒng)的靜態(tài)特性明顯提高，校準(zhǔn)前ADC的DNL和INL分別為1.5LSB，20LSB，校準(zhǔn)后ADC的DNL和INL都在0.5LSB范圍之內(nèi)。隨后，論文詳細(xì)分析了采樣保持電路的工作原理，提出了一種新型底極板自舉采樣開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)一款radix2且?guī)в?位冗余算法和DWA算法的電容陣列。此外，論文介紹了比較器失調(diào)