高速高精度AD转换器设计.pdf

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分类号Id塾S三密级重庆邮电学院硕士学位论文论文题目蔓蕉壹揎鏖业整垫墨量盐（题名和副题名）作者姓名壁查指导教师姓名张正瑶研究员博士中国电子科技集团24所李秋俊副教授博士重庆邮电学院申请学位级别塑主专业名称盐差扭廛囝选查论文提交日期上业卫生：

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熟厶论文评阅鸯趟蓑皴扬坚刮型煎答辩委员会主摩勇蝉龇二00四年五月十日国际十进分类法UDC的类号摘要随着计算机技术、通信技术和微电子等技术的高速发展，信息技术已渗透到军事、民用领域的各个角落。

在系统先进的电子设备或电子系统中，高速高分辩AD和DA转换器己成为决定诸如雷达、声纳、高分辨视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能控制器与传动器，以及包括无线电话和基站接收机在内的数字通信系统等现代电子设备或系统之性能水平的重要环节。

AD和DA转换器含有模拟和数字信号处理两种元件，其集成电路内的电路结构复杂、元件精度要求高，设计和制作技术难度都很大。

该技术在我国至今仍是薄弱环节，因而，重视并加速AD和DA转换器技术的开发研究是不容忽视的重要问题。

本文提出一种基于Subranging（分区式）电路结构的12位模数转换器的实现方法。

该种模数转换器取得合理的硬件复杂度、功耗和芯片面积可应用于通信、环境监测、航空航天、军事技术、医学等国民经济的诸多领域，具有一定的技术价值和经济意义，该转换器使用O35umCMOS工艺可以实现。

通过采用两步结构，第一级转换6位，第二级转换7位，在这13位中有2位用于数字误差修正。

本文详细分析了决定转换器精度和速度的模拟功能电路，从这种结构的工作原理，结构特点进行了分析比较，并着重介绍了折叠插入电路，TH电路，残差放大器的结构原理，采用CMOS模拟开关和控制逻辑以实现低功耗，内置带隙基准电压源，无须任何外接元件即可实现上述功能。

关键词AD转换器；模拟集成电路；放大器；数字冗余修正电路AbstractAlongwiththetechnologydevelopmentofcomputer、telecommunicationµelectronics，thetechnologyofinformationhasbeenwidelyusedinbothmilitaryandcivilareaHighspeedandhighresolutionAD&DAconverterareturnedtobeoneofthemostimportantthingsindeterminingperformanceofadvancedelectronicequipmentorsystem，suchnqradar、Sorlar、wirelesstelecommunication、higllperformancecontrolleranddriver,eteButthedesignandprocesstechnologyofADDAconverterarestillweakinoRrcountrySOf赴SO，itSveryimportanttoacceleratetheresearchanddevelopmentofAD&DAconvertena12bitsanalogdigitconverterwithSubrangingstructureisdescribedinthepaperThisanalog-digitconverter、砘tlllowhardwarecomplication,power,CMOSchipareaisdesignedandusedincommunications，environmentmeasurement，aviationarrangement，spaceflight,militaryequipment，medicalapplianceandSOon，hasgreatlytechnicalvalueandeconomicallyvalueThedesignofthecircuitisdiscussedanditsfunctiona糟describedThechipisfabricatedinO35-nmn-wellCMOStechnologyThestructureoftwo-stepisusedforthisADconverterincludinga6-bitfoldingandinterpolationADCanda7-btfoIdingandinterpolationADCThispaperdetaileddescribestheanalogcircuitwhichdeterminedthespeedandaccurateofADconverterTheoperationalprincipleandstructuralcharacteristicsoftheconverterareanalyzedandfabricationsarediscussedThestructuralprincipleofthefoldingandinterpolationcircuit，TI-IamplifierandresidueamplifierateexaminedinparticularKeywordsADconverter：

AnalogIC；amplifier：

ECC独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞蛆电堂瞳或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

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D牛年5月上日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重麽邮电堂隧有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

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牛年，月f2日U重庆邮电学院硬士论文第一章绪论11AD、DAt$换器功能、作用自然界的所有变量（如电压、电流、压强、距离等）都是以模拟形式出现的，但是，信号传输和接收处理是按数字方式进行，特别是现代数字信息时代，更需要从模拟至数字转换和从数字到模拟转换的处理器件，AOC、DAc是实现其相互转换的唯一器件。

ADC的功能是将模拟信号转换成能进行数字处理的二进制代码；DAC的功能是将二进制代码转换成能模拟信号。

其相互转换关系如下图所示。

D啼l一D|A图11数模转换关系随着计算机技术、多媒体技术、信号处理技术、微电子技术的发展，电子技术的应用己渗透到军事、民用领域的各个角落，不断推出先进的电子系统。

在现代先进的电子系统前端和后端都将应用AD或DA转换器以改善数字处理技术的性能，特别是诸如雷达、声纳、高分辨率视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能控制器与传动器以及包括无线电话和基站接收机在内的现代数字通讯系统等应用对两边、高分辨率的AD和DA转换器的需求不断增加。

近年来，AD和DA转换器的市场呈稳步增长的发展趋势，它们在现代军、民用电子系统中均盛示出其重要地位。

模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）用于模拟信号和数字信号处理器之间进行数字信号处理，它能将连续变化的模拟变量转换成一种适合于数据处理的分离二进制代码数字信号处理器在20年来得到飞速的发展。

对比直接处理模拟信号显示出了极大的优越性从而对高速，高分辨的AD和DA转换器的需求不断增加。

模拟信号数字化成为集成电路研发者的重要课题，但是数字化的一个现实限制是ADC的工作速度和精度，通常ADC的功耗比DAC大，电路比DC更复杂，是数据采集系统的心脏。

应用于视频、正交幅度调制、数字电视及摄像等领域的系统级芯片（SOC）重庆邮电学院硕士论文的实现，要求将ADC嵌入在大的数字集成电路中。

为了达到最低的成本，soc必须用先进的CMOS技术实现，不需要使用任何工艺选择方案，如双层多晶硅电容器。

此外，ADC必须是面积和功率都是效率高的，而且不需要微调就可得到所需要的精度。

上述应用可以使用具有模拟信号带宽超过IOMHz的lo位ADC来满足。

可用几种结构来实现这些规范：

flashN）C、折叠和内插hDC、流水线ADC及分区ADC。

FlashADE是非常快的，但需要1024个精度高和速度快的比较器，这将消耗大量的硅片面积和功率。

可用折叠hDC来减少所需要的比较器数日而且能达到很高的采样率。

在折叠转换器中的精度由几十个折叠放大器输入的匹配来确定，可改进这些放大器引起的积分非线性度（