應(yīng)用于伺服系統(tǒng)的12位、40MHz Pipelined ADC設(shè)計(jì).pdf

1、伺服技術(shù)是數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的核心。由于數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)常需要進(jìn)行精細(xì)加工操作,這就需要系統(tǒng)有更精確反饋信號(hào)參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是伺服系統(tǒng)的重要接口,它檢測系統(tǒng)的狀態(tài)參量并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)給控制系統(tǒng)使之進(jìn)行相應(yīng)的反饋調(diào)節(jié)。當(dāng)前,隨著控制系統(tǒng)向著精密加工、實(shí)時(shí)控制的方向發(fā)展,高精度、易集成、低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的12位分辨率的流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)過程中首先根據(jù)

2、流水型ADC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及相應(yīng)的系統(tǒng)建模系統(tǒng)確定了系統(tǒng)整體框架以及每一級(jí)的結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的ADC采用10級(jí)流水線結(jié)構(gòu),前9級(jí)采用每級(jí)1.5位,最后一級(jí)為3位并行ADC結(jié)構(gòu),并采用冗余數(shù)字校正技術(shù)。然后根據(jù)電路結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)指標(biāo)要求完成了高精度的采樣保持電路、每1.5位子ADC、MDAC、延時(shí)對(duì)準(zhǔn)單元、數(shù)字校正電路、動(dòng)態(tài)鎖存比較器、非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路等模塊的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)分析了核心單元全差分運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)。該全差分運(yùn)算放大器采用一種新型結(jié)構(gòu)的共

3、模反饋電路和特殊補(bǔ)償方式極大降低了設(shè)計(jì)難度和成本并且性能優(yōu)異,是本文的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。通過調(diào)整放大器中管子尺寸和個(gè)數(shù),使得放大器分別應(yīng)用于采樣保持電路以及每個(gè)子模數(shù)轉(zhuǎn)換器中,極大降低了流水線ADC的設(shè)計(jì)工作量和難度。
　　電路基于SMIC0.35μm工藝,電源電壓為3.3V,利用Cadence軟件對(duì)設(shè)計(jì)的ADC進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明采樣頻率為40MHz,輸入信號(hào)為49.9KHz時(shí)ADC無雜散動(dòng)態(tài)范圍為73dB。輸入頻率在整個(gè)奈奎斯特