【摘 要】
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随着通信系统对高分辨率和高带宽性能需求的日益增长,高性能数据转换器已经得到广泛应用。在需要高精度、中等速度ADC的应用场合,如有源相控阵雷达系统,精密仪器等,流水线逐次逼近型模数转换器（Pipeline-SAR ADC）以其兼顾高速和低功耗的结构特点、对先进工艺兼容性良好等优良特性被广泛使用。面向雷达系统中基于单通道高精度、中速ADC的应用场景,论文提出了一种基于一阶增量Sigma-Delta调制
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随着通信系统对高分辨率和高带宽性能需求的日益增长,高性能数据转换器已经得到广泛应用。在需要高精度、中等速度ADC的应用场合,如有源相控阵雷达系统,精密仪器等,流水线逐次逼近型模数转换器（Pipeline-SAR ADC）以其兼顾高速和低功耗的结构特点、对先进工艺兼容性良好等优良特性被广泛使用。面向雷达系统中基于单通道高精度、中速ADC的应用场景,论文提出了一种基于一阶增量Sigma-Delta调制器（ISDM）技术且满足高精度、中速的16bit混合两步式Pipeline-ISDM-SAR ADC架构。基于Matlab建立了理论模型,其中第一级为包含大、小DAC的7bit SAR ADC;第二级为9Bit SAR ADC与3Bit ISDM（包含1Bit Over Range）,实现11bit转换。两步式Pipeline-SAR ADC与低噪声ISDM相结合,配合后台比较器失调校准,可以在不牺牲额外硬件开销的情况下更加充分地利用流水线时序优势,实现更高的信噪比和能效。与传统的流水线SAR ADC相比,第二级中的粗量化SAR ADC和一个细量化的ISDM,不仅可以更好地抑制转换期间第二级的量化噪声,还可以减轻给定功率下两级对比较器分辨率的要求,使得ADC整体功耗更小。级间增益放大器采用Gainboost结构且提供32倍闭环增益,同时设置2Bit级间冗余来容忍非理想因素的影响。此外,还设计了数字码整合电路、全局时钟产生电路,以保证整个Pipeline-ISDM-SAR ADC设计的完整性。基于TSMC 40nm-LP CMOS工艺设计了具体的电路与版图。在1.2V/1.8V电源电压、TT工艺角、27℃和33.3MS/s采样率条件下,输入-0.4dBFS、频率为16MHz的单音正弦信号,版图后仿真结果表明,所设计的混合架构ADC的SNDR为86.3dB、SFDR为102.5dBc,DNL、INL分别小于0.8LSB和1.4LSB,总功耗为19.2 m W。因此,本文设计的混合两步式Pipeline-ISDM-SAR ADC架构在雷达系统或其他高精度模数转换场景有着非常好的应用前景。
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