一种流水线型中频模数转换电路设计

admin · 发表于 2022-9-27 16:11:07

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集成电路已经进入片上系统（SoC）阶段。片上系统需要在单个硅片上同时实现模拟电路和数字电路，设计基于标准CMOS工艺的高性能模数转换器，能够有效提高整个系统的集成度，减小系统体积，具有非常重要的应用价值。本文针对毫米波雷达接收机前端信号特点，考虑到后端信号处理对速度和精度的要求，设计了速度快、精度高、功耗和面积相对较小的流水线模数转换电路。根据本课题设计需求，分析了流水线结构工作原理，建立了1.5位/级系统结构，简化了系统复杂度，降低了对运算放大器的性能要求。电路设计中采用改进的电容翻转型采样保持电路，该结构具有较大的反馈系数，电容和开关的数量较少，实现了面积小、噪声低、速度快等优点；开关电容电路部分，分析了电容电路的噪声，讨论了采样开关的导通电阻、电荷注入和时钟馈通对电路非线性的影响，完成了高线性度栅压自举开关的设计和调试；在运算放大器设计过程中，依据电路设计理论，分析了运算放大器增益、转换速率和带宽限制，采用改进的增益提高结构，调试优化运放性能参数，完成了主运放和辅助运放的设计。采用数字校准技术，提高了系统对级间误差的冗余度，设计的动态比较器失调电压满足系统性能要求。研究结果表明：合理安排电路时序，应用底极板采样技术的采样保持电路，能够精确完成采样功能，满足系统精度要求；设计的栅压自举开关保证了采样开关栅源电压的恒定，提高了采样开关的线性度；设计的运算放大器，具有较高的直流增益(达110 dB)和单位增益带宽（达524.6MHz）；增加的钳位晶体管，提高了运放的转换速率，完全满足前端采样保持电路对运放速度的要求；数字校准技术的应用，简化了比较器的设计难度，有效减小了比较器功耗。系统性能仿真表明，流水线结构工作稳定，能够准确无误的完成输入信号的模数转换，具有较高的线性度，无杂散动态范围（SFDR）达78.36 dB。

一种流水线型中频模数转换电路设计

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