【摘 要】
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模数转换器（Analog-to-digital converters,ADCs）在物联网和信号处理等方面具有至关重要的作用。随着人们对科学技术提出了更高的要求,应用环境对ADC的采样率、分辨率和功耗等方面提出了更高的要求。受惠于流水线型模数转换器和逐次逼近型模数转换器的量化特点,流水线-逐次逼近型（Pipelined-Successive Approximation Register,P-SAR）
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模数转换器（Analog-to-digital converters,ADCs）在物联网和信号处理等方面具有至关重要的作用。随着人们对科学技术提出了更高的要求,应用环境对ADC的采样率、分辨率和功耗等方面提出了更高的要求。受惠于流水线型模数转换器和逐次逼近型模数转换器的量化特点,流水线-逐次逼近型（Pipelined-Successive Approximation Register,P-SAR）模数转换器受到了更多的关注。受限于SAR ADC的工作特点,Pipelined SAR ADC难以达到很高的采样率。本文分析了几种结构的SARADC的工作特点,选取了速度、面积和精度综合性能最好的双比较器结构的SARADC做子ADC。本文首先分析了几种级间放大器结构,决定采用动态放大器作为级间放大器。其次,详细分析了传统的动态放大器存在的非线性误差,并提出了改进型的结构,有效解决了非线性误差的来源,提供了较好的信噪失真性能。同样为满足ADC的精度要求,本设计采用高线性度栅压自举开关进行采样,并采用两级动态比较器有效减小比较器的噪声功率、提升SARADC的量化速度。为有效利用量化时间,本文采用全异步时序控制,以满足Pipelined SARADC的采样率的要求。最后,本文在40nm CMOS工艺下,设计了一款14bit Pipelined SARADC,电源电压为1.1V。该Pipelined SAR ADC采用三级异步时序控制,分别由两级动态放大器提供残差放大的功能。仿真结果显示,在采样频率为250MHz,输入频率为奈奎斯特频率、输入信号范围为±1V的情况下,所有工艺角均能达到11bit以上,在tt下,ENOB=11.51bit,SNDR=71.02dB。仿真结果验证了本文提出的改进型动态放大器可以有效提升ADC线性度。
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