高性能流水线模数转换器及其数字校准技术研究

第1章 绪论 1

1.1 本书研究的背景与意义 1

1.2 流水线ADC的发展与现状 2

1.3 流水线ADC数字校准技术的发展与现状 3

1.4 本书的研究目标、内容及主要创新点 5

1.5 本书内容 7

第2章 模数转换器的基础理论 8

2.1 模数转换器的工作原理 8

2.2 几种典型结构的模数转换器 9

2.2.1 闪烁型ADC 9

2.2.2 折叠内插式ADC 10

2.2.3 Σ-Δ ADC 11

2.2.4 主要ADC结构的性能比较 11

2.3 模数转换器的性能参数 12

2.3.1 静态性能参数 12

2.3.2 动态性能参数 14

2.4 流水线模数转换器的电路结构及误差 16

2.4.1 流水线ADC的结构 17

2.4.2 采样/保持电路的误差 17

2.4.3 子ADC的误差 20

2.4.4 倍乘数模转换器(MDAC)的误差 22

2.4.5 流水线ADC的输出 25

2.5 数字校正技术 26

2.6 流水线ADC的数字校准技术 30

2.7 本章小结 31

第3章 低功耗设计与基于信号统计规律的校准技术 32

3.1 数字校准技术与低功耗设计概述 32

3.2 开环余量放大器 33

3.2.1 开环余量放大器与闭环余量放大器的比较 33

3.2.2 开环余量放大器的非线性误差 34

3.3 ADC的误差模型 37

3.4 ADC中的调制信号 39

3.5 余量曲线的距离与校准参数 40

3.6 利用信号统计规律求线性和非线性误差 41

3.7 ADC的结构 44

3.8 ADC各级输出的时序 45

3.9 ADC模拟电路的设计 46

3.9.1 采样/保持电路 46

3.9.2 第1级4位子级 52

3.9.3 开环放大器 55

3.9.4 (1+1)位子级 59

3.9.5 基准产生电路 63

3.9.6 时钟电路 67

3.10 数字校准电路的设计 68

3.10.1 三阶误差校准环路 68

3.10.2 自适应搜索技术 70

3.10.3 二元函数查找表 71

3.10.4 一阶误差校准环路 73

3.10.5 仿真结果与分析 73

3.11 本章小结 75

第4章 基于权重的校准技术 77

4.1 概述 77

4.2 每级1位的流水线ADC 77

4.3 1位子级的误差模型 79

4.4 前台校准技术 81

4.5 后台校准技术 82

4.6 电路结构 87

4.6.1 ADC整体结构的设计 87

4.6.2 有限状态机的设计 88

4.6.3 编码电路的设计 89

4.6.4 栅自举开关的设计 90

4.7 ADC的仿真结果及分析 91

4.8 本章小结 94

第5章 ADC版图设计、系统仿真与芯片测试 95

5.1 版图的设计 95

5.1.1 主要设计原则 95

5.1.2 电路布局 96

5.1.3 采样/保持电路的版图设计 97

5.1.4 芯片的版图照片 98

5.2 芯片1的仿真结果 98

5.3 本章小结 104

第6章 高转换速率ADC的研究与实现 105

6.1 ADC的结构 105

6.2 辅助运放为电流放大器的运算放大器 106

6.2.1 电流放大器与电压放大器的比较 107

6.2.2 运放的设计 109

6.2.3 仿真结果与分析 114

6.3 带隙基准电路 116

6.4 10位170 MS/s ADC的测试结果 120

6.5 本章小结 123

第7章 总结与展望 125

7.1 总结 125

7.2 展望 126

附录 余量电压函数反函数的求解 128

参考文献 129

本书根据流水线模数转换器(ADC)的原理和数字校准技术的新发展， 系统地介绍了流水线ADC中各个功能模块的原理、分析与设计，内容包括流水线ADC和数字校准技术的发展历程;ADC的功能、分类、性能参数以及误差模型;基于信号统计规律的数字校准算法;12位、40 MS/s流水线ADC的设计，基于权重的数字校准算法;14位、80 MS/s流水线ADC的设计;流水线ADC的版图设计;10位、170 MS/s 流水线ADC的设计。

本书侧重原理分析与工程设计，是模拟与数模混合集成电路设计的参考书，可供集成电路设计相关领域的研究人员参考，也可供集成电路设计专业的研究生使用。

《数字信号发生器校准规范(JJF 1174-2007)》由中国计量出版社出版。