一種高精度逐次逼近型ADC的校準(zhǔn)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為連通自然界和數(shù)字世界的關(guān)鍵模塊已經(jīng)廣泛使用在各種電子設(shè)備和儀器中，作為一個(gè)不可或缺的模塊，近三十年來(lái)IC界對(duì)其的研究從未停止。為了適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合的需求，人們?cè)O(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)的ADC。隨著軟件無(wú)線電通信技術(shù)的高速發(fā)展，高速度、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器供不應(yīng)求。有人提出直接用超帶寬的模數(shù)轉(zhuǎn)換器取代傳統(tǒng)的射頻接收機(jī)，直接將高頻信號(hào)數(shù)字化再處理，之前看來(lái)是不可想象的，但是現(xiàn)在看來(lái)這個(gè)想法非常有意義，而且非常有實(shí)用價(jià)值。一些精密的設(shè)備需

2、要高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，比如醫(yī)療器械等，一般在12比特以上，由于工藝的限制，要達(dá)到如此高的精度幾乎不可能，所以人們又提出了很多校準(zhǔn)的方法，其中數(shù)字校準(zhǔn)已成為主流。當(dāng)下，一個(gè)好的模擬電路已經(jīng)離不開(kāi)數(shù)字校準(zhǔn)了，所以對(duì)數(shù)字算法的研究刻不容緩。
　　本論文旨在實(shí)現(xiàn)一個(gè)高精度逐次逼近型（Successive Approximation）的ADC，并且在此基礎(chǔ)上嘗試實(shí)現(xiàn)一個(gè)多通道的ADC。同時(shí)對(duì)SAR ADC里 DAC電容不匹配進(jìn)行了大量的研究

3、，驗(yàn)證了前后臺(tái)等多種校準(zhǔn)的算法，創(chuàng)新性的將幾種校準(zhǔn)算法相結(jié)合，并達(dá)到了良好的校準(zhǔn)結(jié)果。另外，多通道ADC中的通道間失配多種校準(zhǔn)的算法也在MATLAB中都得到了正確的建模和驗(yàn)證。關(guān)于對(duì)逐次逼近型ADC的分析，本文主要從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：
　　系統(tǒng)架構(gòu)方面：總結(jié)了主要的DAC結(jié)構(gòu)，同時(shí)分析了比較器的架構(gòu)，影響其速度和精度的因素以及如何優(yōu)化比較器的設(shè)計(jì)。高精度的SAR ADC有必要進(jìn)行自舉式采樣，所以本文又歸納總結(jié)了幾種主流的自舉采樣

4、式開(kāi)關(guān)。另外，高精度的SAR ADC需要解決電容建立時(shí)間的問(wèn)題，所以加入了適當(dāng)?shù)娜哂辔唬瑢?duì)冗余位的作用做了相應(yīng)介紹，同時(shí)對(duì)數(shù)字邏輯部分也作了詳細(xì)的概述。
　　校準(zhǔn)算法方面：詳細(xì)分析了高精度SAR ADC中產(chǎn)生誤差的來(lái)源，主要針對(duì)電容失配提出了多種校準(zhǔn)的算法，包括前后臺(tái)校準(zhǔn)。以16比特的SAR ADC為例，在MATLAB中建模并驗(yàn)證，成功把有效位提高到15比特以上。同時(shí)還對(duì)多通道ADC進(jìn)行一定程度的研究，詳細(xì)分析了通道間的失配和誤差

5、，針對(duì)失調(diào)電壓、增益誤差和時(shí)鐘歪斜提出了相應(yīng)的校準(zhǔn)算法，并且在MATLAB中成功驗(yàn)證。
　　電路方面：模擬電路主要包括采樣開(kāi)關(guān)和比較器，為了盡可能的降低失真，本文采用了高性能的自舉式采樣開(kāi)關(guān)，比較器采用了“預(yù)放大+鎖存器”的結(jié)構(gòu)，同時(shí)鎖存器的速度得到提高，功耗得到降低；數(shù)字邏輯電路包括時(shí)鐘生成器，DAC的控制邏輯等；數(shù)字校準(zhǔn)方面用verilog實(shí)現(xiàn)了電容翻轉(zhuǎn)邏輯的控制，并且成功得到電容失配的大小。
　　最終建模仿真顯示，MA