高速高精度電荷式流水線ADC的轉換誤差校準方法研究基本信息

中文名 高速高精度電荷式流水線ADC的轉換誤差校準方法研究 項目類別 面上項目
項目負責人 張鴻 依托單位 西安交通大學

本項目對斗鏈式電荷傳輸器件（BBD）的非線性以及電荷式流水線模數(shù)轉換器（ADC）中數(shù)模轉換器（DAC）的差模電荷誤差的產(chǎn)生機制和變化規(guī)律進行了深入的理論分析。在此基礎上，對電荷式流水線ADC中的轉換誤差校準方法開展了深入的研究。ADC中各子級DAC的電容失配將造成級內(nèi)權電荷失配或相鄰兩級的權電荷比例失配，而各級的權電荷等于單元電容與基準電壓之積，因此本項目通過調整基準電壓來補償電容失配?；谶@一思路，本項目用一種基于二分搜索的誤差校準方法來校準電容失配引起的差模電荷誤差。BBD電荷傳輸?shù)姆蔷€性用前饋預失真的方法來校準。兩種校準電路通過DAC電壓相加的形式進行合并。整個校準算法基于一個嵌入式的微處理器來執(zhí)行。在本項目研究成果的基礎上，項目組及協(xié)作單位設計了一款250MSPS、16位的電荷式流水線ADC芯片，并完成了流片測試，功耗僅為500mW。在BBD電荷傳輸單元的基礎上，本項目還提出了一種利用BBD進行余量傳輸?shù)牧魉€逐次逼近（pipelined-SAR）ADC，可以進一步提高pipelined SAR ADC的功率效率。在基金的支持下，項目組還研究了超低功耗帶隙基準和低壓低功耗SAR ADC，取得的成果可在物聯(lián)網(wǎng)和植入式醫(yī)療電子等領域得到應用。 本項目的部分研究成果已經(jīng)在IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems、 IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs和IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems、ASSCC、ISCAS、ESSCIRC等頂級期刊和會議上發(fā)表論文21 篇，獲得國家發(fā)明專利授權3項，參與著作一本。通過本項目的研究，先后培養(yǎng)了碩士畢業(yè)生6人，博士畢業(yè)生1人。 2100433B

高速高精度電荷式流水線ADC的轉換誤差校準方法研究造價信息

市場價 信息價 詢價
材料名稱 規(guī)格/型號 市場價
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（除稅）		 行情 品牌 單位 稅率 供應商 報價日期
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材料名稱 規(guī)格/型號 除稅
信息價		 含稅
信息價		 行情 品牌 單位 稅率 地區(qū)/時間
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材料名稱 規(guī)格/需求量 報價數(shù) 最新報價
（元）		 供應商 報價地區(qū) 最新報價時間
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基于斗鏈式器件（BBD）的電荷式流水線模數(shù)轉換器（ADC）是一種新型的無運放A/D轉換技術，開辟了低功耗流水線ADC實現(xiàn)的新途徑。然而，這種新型ADC的轉換精度受到柵自舉BBD電荷傳輸非線性和各子級電容失配所引起轉換誤差的限制，難以滿足新一代寬帶通信和雷達等系統(tǒng)的需求。本項目在國家自然科學基金青年基金對電荷式流水線ADC共模電荷誤差校準的研究基礎上，進一步深入研究電荷式流水線ADC轉換誤差的校準方法。在對BBD非線性數(shù)學建模的基礎上，擬分別采用前饋預失真法和數(shù)字補償法校準BBD非線性引起的轉換誤差；針對各子級電容失配引起的轉換誤差，擬分別探索基于二分搜索的數(shù)?；旌闲屎图償?shù)字校準方法。在對比各種方法有效性、收斂性和電路開銷的基礎上，研究確定兩類誤差校準相結合的總體誤差校準方法和電路結構。各種方法的理論分析和推導已初步完成，項目結束時預期在電荷式流水線ADC的轉換誤差校準方面達到國際水平。

高速高精度電荷式流水線ADC的轉換誤差校準方法研究常見問題

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高速高精度電荷式流水線ADC的轉換誤差校準方法研究文獻

一種高精度低功耗流水線ADC開關電容電路 一種高精度低功耗流水線ADC開關電容電路

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頁數(shù)： 5頁

評分： 4.8

提出一種新的電容失配校正方案及功耗驅動的OTA設計思路,通過對虛地電容的修正,將電容失配因子在取樣保持系統(tǒng)中去除,達到提高電容匹配程度,降低OTA增益誤差的要求,使開關電容部分的瞬態(tài)功耗下降.本文采用TSMC 0.18μm工藝設計了一個8位,取樣速率為200MHz的流水線結構模數(shù)轉換器作為驗證電路,仿真結果說明此優(yōu)化結構符合高精度和低功耗要求,可應用到流水線等高速模數(shù)轉換電路中作為信號前端處理模塊使用.

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基于并行完備檢測的高速異步流水線設計. 基于并行完備檢測的高速異步流水線設計.

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頁數(shù)： 5頁

評分： 4.6

第 34卷第 4期 電 子 與 信 息 學 報 Vol.34No.4 2012 年 4 月 Journal of Electronics & Information Technology Apr. 2012 基于并行完備檢測的高速異步流水線設計 楊延飛 *① 楊銀堂 ① 朱樟明 ① 周 端 ② ① (西安電子科技大學微電子研究所 西安 710071) ② (西安電子科技大學計算機學院 西安 710071) 摘 要：為了有效地提升異步零協(xié)議邏輯 (NCL) 流水線的吞吐量，該文提出一種多閾值并行完備流水線。 采用獨特 的半靜態(tài)零協(xié)議閾值門建立異步組合邏輯， 使數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)耐瑫r每級流水線數(shù)據(jù)處理和完備檢測并行進行， 以串 并結合的工作方式提升吞吐量。同時新閾值門的使用降低了流水線空周期時的靜態(tài)功耗?；?SMIC 0.18 μm 標準 CMOS 工藝對所提出的流水線進行了分析

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本書根據(jù)流水線模數(shù)轉換器(ADC)的原理和數(shù)字校準技術的新發(fā)展， 系統(tǒng)地介紹了流水線ADC中各個功能模塊的原理、分析與設計，內(nèi)容包括流水線ADC和數(shù)字校準技術的發(fā)展歷程;ADC的功能、分類、性能參數(shù)以及誤差模型;基于信號統(tǒng)計規(guī)律的數(shù)字校準算法;12位、40 MS/s流水線ADC的設計，基于權重的數(shù)字校準算法;14位、80 MS/s流水線ADC的設計;流水線ADC的版圖設計;10位、170 MS/s 流水線ADC的設計。

本書側重原理分析與工程設計，是模擬與數(shù)?；旌霞呻娐吩O計的參考書，可供集成電路設計相關領域的研究人員參考，也可供集成電路設計專業(yè)的研究生使用。

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第1章 緒論 1

1.1 本書研究的背景與意義 1

1.2 流水線ADC的發(fā)展與現(xiàn)狀 2

1.3 流水線ADC數(shù)字校準技術的發(fā)展與現(xiàn)狀 3

1.4 本書的研究目標、內(nèi)容及主要創(chuàng)新點 5

1.5 本書內(nèi)容 7

第2章 模數(shù)轉換器的基礎理論 8

2.1 模數(shù)轉換器的工作原理 8

2.2 幾種典型結構的模數(shù)轉換器 9

2.2.1 閃爍型ADC 9

2.2.2 折疊內(nèi)插式ADC 10

2.2.3 Σ-Δ ADC 11

2.2.4 主要ADC結構的性能比較 11

2.3 模數(shù)轉換器的性能參數(shù) 12

2.3.1 靜態(tài)性能參數(shù) 12

2.3.2 動態(tài)性能參數(shù) 14

2.4 流水線模數(shù)轉換器的電路結構及誤差 16

2.4.1 流水線ADC的結構 17

2.4.2 采樣/保持電路的誤差 17

2.4.3 子ADC的誤差 20

2.4.4 倍乘數(shù)模轉換器(MDAC)的誤差 22

2.4.5 流水線ADC的輸出 25

2.5 數(shù)字校正技術 26

2.6 流水線ADC的數(shù)字校準技術 30

2.7 本章小結 31

第3章 低功耗設計與基于信號統(tǒng)計規(guī)律的校準技術 32

3.1 數(shù)字校準技術與低功耗設計概述 32

3.2 開環(huán)余量放大器 33

3.2.1 開環(huán)余量放大器與閉環(huán)余量放大器的比較 33

3.2.2 開環(huán)余量放大器的非線性誤差 34

3.3 ADC的誤差模型 37

3.4 ADC中的調制信號 39

3.5 余量曲線的距離與校準參數(shù) 40

3.6 利用信號統(tǒng)計規(guī)律求線性和非線性誤差 41

3.7 ADC的結構 44

3.8 ADC各級輸出的時序 45

3.9 ADC模擬電路的設計 46

3.9.1 采樣/保持電路 46

3.9.2 第1級4位子級 52

3.9.3 開環(huán)放大器 55

3.9.4 (1+1)位子級 59

3.9.5 基準產(chǎn)生電路 63

3.9.6 時鐘電路 67

3.10 數(shù)字校準電路的設計 68

3.10.1 三階誤差校準環(huán)路 68

3.10.2 自適應搜索技術 70

3.10.3 二元函數(shù)查找表 71

3.10.4 一階誤差校準環(huán)路 73

3.10.5 仿真結果與分析 73

3.11 本章小結 75

第4章 基于權重的校準技術 77

4.1 概述 77

4.2 每級1位的流水線ADC 77

4.3 1位子級的誤差模型 79

4.4 前臺校準技術 81

4.5 后臺校準技術 82

4.6 電路結構 87

4.6.1 ADC整體結構的設計 87

4.6.2 有限狀態(tài)機的設計 88

4.6.3 編碼電路的設計 89

4.6.4 柵自舉開關的設計 90

4.7 ADC的仿真結果及分析 91

4.8 本章小結 94

第5章 ADC版圖設計、系統(tǒng)仿真與芯片測試 95

5.1 版圖的設計 95

5.1.1 主要設計原則 95

5.1.2 電路布局 96

5.1.3 采樣/保持電路的版圖設計 97

5.1.4 芯片的版圖照片 98

5.2 芯片1的仿真結果 98

5.3 本章小結 104

第6章 高轉換速率ADC的研究與實現(xiàn) 105

6.1 ADC的結構 105

6.2 輔助運放為電流放大器的運算放大器 106

6.2.1 電流放大器與電壓放大器的比較 107

6.2.2 運放的設計 109

6.2.3 仿真結果與分析 114

6.3 帶隙基準電路 116

6.4 10位170 MS/s ADC的測試結果 120

6.5 本章小結 123

第7章 總結與展望 125

7.1 總結 125

7.2 展望 126

附錄 余量電壓函數(shù)反函數(shù)的求解 128

參考文獻 129

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記錄儀表校準方法

混合式記錄儀記錄基本誤差校準時，使用的測量標準器為標準直流電壓源或標準直流電阻箱。校準方

法分為尋找轉換點法和輸入標稱電量值法。尋找轉換點法多用于對新購儀表及仲裁的儀表進行校準，輸入標稱電量值法多用于對使用中的儀表進行校準。指示基本誤差用輸入標稱電量值法校準時用增加輸入信號的方式。給被測儀表輸入校準溫度點對應的標稱電量值，讀取被測儀表記錄紙上的記錄值，儀表記錄值與校準點溫度的差值即為該校準點的記錄基本誤差，記錄基本誤差用溫度值表示。

記錄儀表記錄基本誤差不確定度分量的來源

①標準直流電壓源校準結果的不準確引入的不確定度分量；

②被檢儀表記錄紙分辨率引入的標準不確定度分量；

③補償導線修正值不準確引入的不確定度分量；

④環(huán)境溫度的影響引入的不確定度分量；

⑤記錄紙線條寬度引入的不確定度分量；

⑥記錄紙上打印印點的分散度引入的不確定度分量；

⑦重復測量性引入的不確定度分量。 2100433B

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