论文部分内容阅读
无线传感网络无论在军事还是民用领域,都得到了越来越广泛的应用。模数转换器(ADC)作为无线传感网络的重要组成部分,其发展对无线传感网络的应用有着重要意义。逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的功耗极低,面积较小,可以实现较高的分辨率,成了无线传感网络领域ADC的最佳选择,同时在便携式仪表、工业自动控制等领域也有着广泛应用。随着传感网对大数据量音、视频等多媒体信息流需求的不断增长,无线传感网络对于传输速率的要求大大提高,所以设计与之适应的高速SAR ADC有着很大的意义。本课题基于中高速无线传感网络应用背景,采用TSMC-0.18um CMOS工艺设计了一款50MS/s、12bit的低功耗ADC。论文研究了SAR ADC常见结构,确定采用改进型分段电容全差分SAR结构：采用线性度高的栅压自举开关结构,提高了ADC精度；采用改进型分段电容结构DAC电容阵列,减少了总电容值,缩小了芯片面积,降低成本,同时提高电容匹配度,降低了功耗和提高了精度；采用高速动态比较器结构,在满足高速比较的前提下,降低了电路功耗；改进传统SAR控制逻辑同步时序电路,有效利用了空闲等待时间,减小了延时,从而提高ADC的转换速度。在此基础上,完成了整个系统的原理图设计,电路前仿真结果表明：最高采样频率可达到79.4MS/s,有效位数ENOB为11.71bit,信号噪声失真SNDR为72.28dB,无杂散动态范围SFDR为81.37dB。本设计采用TSMC-0.18um CMOS工艺完成了高速SAR ADC的电路版图设计,版图大小为0.89mm×0.86mm,总面积是0.77mm2,经后仿真采样率可达到53.3MS/s。电路后仿真结果是：最高采样率可达到53.3MS/s,有效位数是10.55bit,信号噪声失真比是65.27dB,无杂散动态范围是74.1 dB,电源电压1.8V,电路功耗5.54mW。后仿真结果表明本设计完成的SAR ADC满足设计指标要求。