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一种流水线ADC数字校准算法实现
&&摘要:校准系统是实现高精度高速度流水线ADC的关键技术之一.论文对流水线ADC结构进行描述,对误差来源进行分析,并且对通过计算每级转换函数跳变点高度来得到权重的校准算法进行研究,最后提出校准算法实现方案,进行实现并且给出实现结果与版图.
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德州仪器(TI)日前宣布推出一款来自Burr-Brown产品线的16通道24位模数转换器(ADC)——ADS1258，该产品拥有23.7kSPS的高通道周期率以及42μs的最低时延。ADS1258采用TI高性能、高精度的混合信号CMOS技术制造工艺，适用于设备与系统监控、数据采集、医疗、航空电子、测试测量、仪表以及工业过程控制等多通道应用。ADS1258提供了固定通道(125kSPS的数据速率)或自动通道扫描(23.7kSPS的数据速率)模式，有效分辨率达20位。针对大多数Δ-Σ转换器而言，只有在切换输入通道后进行若干次读取，才能实现数据建立。而ADS1258则在获得每个新通道数据时就实现了完全的数据建立，消除了过去存在的问题。TI负责过采样数据转换器产品的系统工程师Mark Berarducci指出：“ADS1258可在不到675μs的时间内检测其所有16个输入通道，输入参考噪声仅12μVrms，从而使高精度的多通道应用在性能方面实现了突破性进展。”该器件的其他性能特性还包括：0.5μV/C的失调漂移、最大0.0010%的满量程整数非线性(full-scale integral nonlinearity)以及43mW的超低功耗。该转换器灵活的输入多路复用器可接受8种差动组合或16个单端输入，满量程差动电压为5V，即真正的双极范围为+/-2.5V。多路复用器的输出可通过外部获得，这就能在ADC输入之前采用共享的信号调节块。内部开关简化了供电电压、温度以及参考电压的监控。只需低成本的32.786kHz晶振或外部时钟源即可采用片上PLL生成系统时钟。可通过专用硬件引脚或软件命令来控制转换。ADS1258的串行接口与SPI兼容，能够方便地与微控制器进行连接，这些微控制器包括TI的MSP430超低功耗微控制器系列。ADS1258采用7×7毫米的QFN-48封装，以1,000片为采购单位，单价为8.95美元。
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什么是ADC?
ADC，Analog-to-Digital Converter的缩写，指模/数转换器或者模拟/数字转换器。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。
什么是模数转换器?
模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器， 使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。
ADC是什么?
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ADS1258是什么?
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adc是什么?
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模数转换器是什么?
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推荐到论坛，赢取4积分& &&关键词：运算放大器；流水线ADC；行为模型；行为级仿真
& & 模数转换器(A／D converter)是各种电子系统中得到广泛应用的一种基本电路，其性能的好坏最终影响着所设计系统的性能。分辨率高、转换速度快、性能优越的模数转换器一直是设计中最具挑战性的设计任务。由于ADC的关键部分是模拟的，因此其设计很大程度上依赖于电路仿真，但用通常的电路仿真工具对ADC作级仿真需要耗费大量的时间。为此人们采用层次式设计的思想，提出了先建立行为级模型进行行为级的仿真优化，再在电路级进行具体电路设计，以缩短整体设计时间的方法。MATLAB／Simulink、VHDL-AMS与Verilog-AMS等工具与语言及相应仿真软件为实现这类模拟-数字混合电路系统的行为仿真提供了实现手段。 & & 行为级仿真的关键是仿真的精度，这主要又取决于各单元电路行为模型的精度。在以往文献中，各单元电路采用的模型一般是在基本功能模型中增添一些反映电路常见非理想特性的环节构成的，对电路的非线性效应或高阶动态效应考虑不足，不能全面反映电路的工作特性，因此精度有限。流水线ADC中的一个主要单元电路是运算放大器，采样一保持电路、M主要是由运放构成的，比较器基本等价于一个开环的运放，因此运放模型的精度基本决定了整个ADC行为仿真的精度。文中对运算放大器采用了基于电路宏模型技术构造的模型，并以此模型为基础构成采样一保持、MDAC及比较器电路的模型，从而保证这样得到的行为级仿真有较高精度。 & & 下面先介绍文中采用的运算放大器模型，接着介绍一个7位流水线ADC的结构及其行为级模型，然后给出行为仿真的结果及与电路级仿真结果的比较。从结果可以看出采用本文的行为模型进行仿真，可得到高精度的仿真结果，同时消耗的仿真时间大大缩短。
1 运算放大器模型 & & 在模拟或模拟-数字混合信号电路的高层仿真中，运算放大器通常被等效成一个以受控为基础，加上对有限增益带宽、摆率、输出等非理想因素的考虑组成的一个线性模型。这样的模型虽然包括了运放的一些重要非理想效应，但没有考虑运放的非线性，也没有考虑运放的高阶动态效应。当运放的工作速度较高，或低工作进入非线性区时，可能会导致较明显的误差。事实上，闭环运放在阶跃信号作用下建立时间的准确分析必须考虑非线性与线性两个工作区间。因此，在ADC等电路的行为仿真中采用更全面的运放模型是有必要的。 & & 文中采用基于电路宏模型技术构造的运放模型。这一模型是根据运放电路的具体结构经过简化得到的，最初是针对双极型运放的，后来被推广到MOS运放，也包括输入级、中间级与输出级，可重现运放的几乎所有特性指标。输入级由一对差分对构成，可模拟运放的失调电压／、共模特性，中间级与输出级主要由受控源与电阻、组成，模拟运放的增益、与输出特性，输出级还包括几个以反映运放的限幅限流特性。 & & 由于Hspe等仿真器中可用PWL等形式直接描述元器件的非线性特性，因此我们对上述模型做了简化，将原模型中的输人级差分对用一个非线性受控源表示并与中间级合并，带二极管限幅的输出级用一个线性受控源进行等效。这样得到的模型如图1所示。其中Vin为输入的差模电压，为二级运放的补偿，I0、I1分别对应的是非线性压控电流源及线性压控电流源，R2为输出电阻，电容C1是用来建立裕度。这一模型不仅反映了增益、带宽、输出电阻等常见的运放非理想特性，也包括了放大器的非线性及两阶动态效应。
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14位流水线ADC中的关键电路设计
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合肥工业大学
硕士学位论文
14位流水线ADC中的关键电路设计
姓名：颜哲
申请学位级别：硕士
专业：微电子学与固体电子学
指导教师：高明伦;邓红辉
14位流水线ADC中的关键电路设计
ADC是模拟信号向数字信号转换的桥梁，随着无线通信技术的飞速发展，高速
高精度ADC对于提升通信系统的性能越来越重要。流水线ADC能够兼顾速度和精度，
在高速高精度ADC中获得了广泛应用。
本文以14位流水线ADC中的关键电路作为研究重点，首先基于对流水线ADC
系统误差的分析，以及精度，速度和功耗的折中考虑，确定了本文(3．5+8幸1．5+3)
的系统架构：前级采样保持电路+中间9级流水线结构+3位标准闪烁型ADC，其中
流水线第一级采用3．5位精度，中间2N9级是1．5位精度，O．5位用于冗余校正。其
次，本文分别研究了采样保持电路，乘法型数模转换器电路，运放和动态比较器，并
对其进行电路设计。通过对各个关键电路结构改进和尺寸的优化，提高了流水线ADC
的性能，如采样保持电路采用自举采样开关，提高了流水线ADC的采样精度；两级
增益提高的运算放大器在获得高速、高增益、大输出摆幅的同时尽量降低其功耗，并
逐级缩小电容及运放的尺寸以进一步优化功耗；采用动态锁存比较器，减少了流水线
ADC的功耗。最后，介绍了模拟集成电路版图设计中的基本原则，设计并完成了采
样保持电路，乘法型数模转换器电路，运放和动态比较器电路的版图。
整个14位流水线ADC采用Chartered
O．189m的CMOS混合信号工艺进行设计
和仿真。所采用的衬底调整采样开关，其导通电阻最大值为90．6Q，导通电阻最大变
4ns；动态比较器的精度为0．1mV，静态电流为60肚。
关键词：模数转换器，流水线，高速高精度，CMOS
ina114．bit4DIt
circuits‘rcuitsdesi剑。
conversionofthe
bridge．Withrapid
analogsignaldigital
communications
ofwireless
technology,high—speedhigh-precision
development
communication
performance
increasinglyimportantimprove
ADCcombines
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