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随着半导体工艺向深亚微米方向发展,芯片的集成度越来越高,越来越多的电路集成在片上系统(SOC)上。模数转换器(ADC)作为模拟信号和数字信号之间的接口电路,是系统不可或缺的模块。逐次逼近型ADC(SAR ADC)因其结构的特殊性,其功耗会随着工艺尺寸的缩小、电源电压的下降而降低,同时其转换速度随着工艺尺寸的缩小而增大。所以,SAR ADC特别适用于高集成度、低功耗的系统芯片,比如无线局域网SOC。对于应用于无线局域网SOC的ADC IP,ADC在满足系统性能要求的同时要兼顾低功耗。本论文基于SMIC 55nm Low Leakage CMOS工艺设计了两版IP,分别是11bit 80MS/s双通道SAR ADC IP和11bit 160MS/s双通道SAR ADC IP。两版芯片均采用Subranged SAR ADC结构,由一个前端3.5bit全并行ADC(FLASH ADC)和一个后端8bit SAR ADC组成。FLASH ADC的使用不仅减小参考的动态功耗而且实现温度码控制高位段电容,保证ADC有良好的微分非线性(DNL)。0.5bit冗余位的设计使ADC能够容忍一定程度的比较器失调和孔径误差。在具体模块电路设计时有以下考虑:采用底板采样,减小电荷注入效应对采样网络的影响;电容阵列为分段式电容结构,减小电容,降低DAC功耗和减小版图面积;优化电容阵列关键节点的寄生、使用自举开关采样及实现电容阵列匹配性设计,保证了ADC有良好的线性度;比较器使用全动态电路,无静态功耗;使用基于等效门控环形振荡器的异步高速SAR逻辑,提高ADC转换速度。两版芯片均完成了流片和测试。11bit 80MS/s SAR ADC测试结果为:在输入信号为2.4MHz,采样频率为100.11MHz时,SNDR为60.9dB,SFDR为74.6dB;在输入信号为50MHz,采样频率为100.11MHz时,SNDR为57.5dB,SFDR为66.4dB。单个通道的功耗为1.75mW。11bit 160MS/s SAR ADC的测试结果为:在输入信号为4.9MHz,采样频率为150MHz时,SNDR为60.88dB,SFDR为71.57dB;在输入信号为70MHz,采样频率为150MHz时,SNDR为49.96dB,SFDR为57.71dB。单个通道的功耗为2.45mW。测试结果表明,两版芯片均实现了高采样率、低功耗的系统要求。