【摘 要】
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随着信息化时代的到来,各领域的数字化趋势愈发明显。而作为连接模拟世界与数字世界的桥梁,模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）在工业控制、汽车电子以及消费电子等领域获得了广泛的研究与应用。随着深亚微米工艺的逐步完善,采用电容型数模转换器（Capacitive Digital-to-Analog Converter,CDAC）的逐次逼近型（Successive A
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随着信息化时代的到来,各领域的数字化趋势愈发明显。而作为连接模拟世界与数字世界的桥梁,模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）在工业控制、汽车电子以及消费电子等领域获得了广泛的研究与应用。随着深亚微米工艺的逐步完善,采用电容型数模转换器（Capacitive Digital-to-Analog Converter,CDAC）的逐次逼近型（Successive Approximation Register,SAR）ADC能够实现更高的速度与更低的功耗,其高速、低功耗以及高精度都是目前的研究热点。另外,由于电容失配等因素的影响,其基本架构难以满足高精度要求,因此对14位及以上的SAR ADC涌现出了一系列针对电容失配的校正方法的研究。针对上述问题,本文设计了一款带有前台校正技术的15位,5 MSps采样速度的全差分输入SAR ADC,参考电压为2.5 V,并且支持满幅值的输入共模电压。其中,CDAC采用了分段式桥电容结构以节省版图面积,但是桥电容一般是单位电容的非整数倍,会引入更大的电容误差。对此,本文提出了一种新的前台数字校正算法,引入了一个辅助CDAC来度量以及抵消比较器的失调电压和CDAC电容失配误差。芯片在上电后可以自动完成对上述误差的校正,并将误差信息存储在内部寄存器中。在芯片正常工作时,辅助CDAC根据存储的信息进行相应的动作以抵消误差。本论文采用TSMC 40 nm CMOS工艺设计流片,芯片的核心尺寸为0.199mm2,采用QFP32封装。测试结果表明,不进行数字校正时DNL和INL分别为-1/7.3 LSB、-6.3/9.3 LSB,信噪比为75.42 d B,有效位数为12.24位。而进行数字校正后DNL、INL分别为-1/1.4 LSB、-2.9/3.6 LSB,信噪比为83.52 d B,有效位数提高到了13.58位,可见数字校正将ADC的有效位数提高了1.34位。以上结果满足设计要求。
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