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[硕士论文] 吕美多
微电子学与固体电子学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:在当今的集成电路产业中,混合信号的使用越来越广泛,而混合信号系统中离不开的便是模数转换器(ADC),它在无线传感网络、生物制药、工业发展、海洋探测、人工智能、可穿戴设备等领域均有着广泛的应用,对ADC的功耗、面积的要求也越来越严格,因此,设计一个低功耗、小芯片面积的SAR ADC具有非常重要的意义。
  本文使用Cadence软件,基于SMIC0.18μm CMOS工艺,设计了一个14位低功耗、小芯片面积的逐次逼近模数转换器。它主要包括以下五个模块:采样保持电路、带隙基准电压源、双电流锁存比较器、分段电容电荷型DAC以及逐次逼近控制逻辑。其中,带隙基准电压源使用自共源共栅结构代替传统运放,这样可以减少晶体管的数量,降低电路功耗,提高电源电压抑制比;比较器采用一种新型的双电流动态锁存结构,预放级和锁存级采取分离式的电流源,使快速锁存阶段与共模输入电压相互独立,解决了预放大阶段需要小电流、锁存阶段需要大电流的难点;DAC选用分段电容电荷型结构,该结构的匹配性优于其它类型;逐次逼近控制逻辑采用D触发器、JK触发器及三态门等进行搭建。整体电路仿真结果表明:当电源电压为1.8V,转换速率为10MHz时,无杂散动态范围(SFDR)为77.25dB,信噪比(SNR)为76.83dB,有效位数(ENOB)为12.47bit,信噪失真比(SNDR)为72.56dB,电路整体功耗为1.73mW,版图面积为0.047mm2,并且通过了DRC和LVS验证。
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