【摘 要】
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在众多种类模数转换器（ADC）中,逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）具有中等转换速度和中等转换精度的显著特点,被广泛应用于医疗设备、工业技术以及微处理器等领域。本文基于SMIC 40nm工艺设计了一款精度12位,采样率3MS/s的SAR ADC。为降低前一级输入设备与信号的要求,电路可以在单端和差分两种模式下工作,且可调整为10位工作模式。设计中集成一个24通道的多路复用器,增强电路的可拓展性
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在众多种类模数转换器（ADC）中,逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）具有中等转换速度和中等转换精度的显著特点,被广泛应用于医疗设备、工业技术以及微处理器等领域。本文基于SMIC 40nm工艺设计了一款精度12位,采样率3MS/s的SAR ADC。为降低前一级输入设备与信号的要求,电路可以在单端和差分两种模式下工作,且可调整为10位工作模式。设计中集成一个24通道的多路复用器,增强电路的可拓展性。本文使用MATLAB代码进行系统级建模,估算噪声、失调、失配等非理想性因素对ADC性能的影响。采样保持电路使用底板采样技术,减小电荷注入影响,使用三种不同的自举电路控制MOS开关,保证电路具有较好的线性度。MOS开关采用T型结构,减少通道之间的串扰。为改善数模转换器中电容失配的问题,电容阵列中高四位使用温度码技术,且设计了失调补偿电容阵列。电路结构中选用的动态比较器,由两级预放大电路、一级锁存器以及时钟控制模块构成。时钟控制模块依次触发预放大电路和锁存器工作,以平衡速度与增益的关系。逐次逼近算法的控制逻辑由MOS管搭建,以保证设计更好的完整性。本文设计的SAR ADC,工作电压范围为模拟域电压2.7～5.5V,数字域电压0.99～1.21V,工作温度范围为-40～125℃。使用Cadence Spectre工具进行仿真,在3MS/s采样率下,仿真结果为,单端工作模式有效位数大于11.29bit,静态误差为-4.1～2.3LSB;差分工作模式有效位数大于11.63bit,静态误差为-2.3～0.61LSB。
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