面向工業(yè)控制的SOC內(nèi)嵌ADC IP的設(shè)計(jì).pdf

1、片上系統(tǒng)(SOC)需要在單個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)數(shù)?；旌霞伞Ｅc數(shù)字系統(tǒng)工藝兼容、功耗面積等指標(biāo)優(yōu)化的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是SOC中重要的單元。因此,基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝,折衷優(yōu)化分辨率、功耗和面積等指標(biāo),同時(shí)適宜于SOC的應(yīng)用,是ADC的重要研究方向之一。 本文針對工業(yè)控制的應(yīng)用背景,在分析幾種常用ADC結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,用逐次逼近結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分辨率為10比特(有效精度為8.5比特),采樣速率為2MHz的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。詳細(xì)分析了

2、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的各種非理想因素,根據(jù)系統(tǒng)要求確定了各個(gè)單元電路所采用的結(jié)構(gòu),采用了經(jīng)典的“放大器+鎖存器”的比較器結(jié)構(gòu)以及電阻分壓和電容電量分配式數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC),消除了對單獨(dú)的采樣保持電路的需求。論文還針對比較器的失調(diào)電壓和DAC電路中的電容失配確定了電路結(jié)構(gòu)簡單的自校準(zhǔn)方案,通過增加單獨(dú)的校準(zhǔn)周期,校準(zhǔn)電路可以與ADC并行工作,校準(zhǔn)后的精度達(dá)到14比特。設(shè)計(jì)的ADC參加了SMIC O.18μm,1P6M工藝的流片。測試

3、結(jié)果表明,在1.8V的電源電壓下,設(shè)計(jì)的ADC達(dá)到了-0.9/+0.8LSB的微分非線性(DNL)和-1.1/+1.3LSB的積分非線性(INL),當(dāng)采樣率為2MHz,輸入信號頻率分別為36.7KMz和73.2KMz時(shí),信噪比(SNR)分別為53.11dB和53.90dB,無雜散動態(tài)范圍(SFDR)分別為65.83dB和62.39dB,總諧波失真(THD)分別為-64.54dB以及-69.78dB。整個(gè)ADC的功耗為3.557mW,面積