超高速折疊內(nèi)插模數(shù)轉(zhuǎn)換器Simulink行為級(jí)建模.pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)是溝通模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的橋梁，大量應(yīng)用在通信、雷達(dá)、數(shù)字測(cè)量、醫(yī)療影像和無(wú)線基站接收系統(tǒng)中。折疊內(nèi)插ADC具有速度快、面積小、易于兼容數(shù)字工藝等優(yōu)勢(shì)，為超高速、中等分辨率的應(yīng)用提供了最佳的電路設(shè)計(jì)方案。因此，本論文主要針對(duì)折疊內(nèi)插ADC中的采樣保持電路（THA)、折疊放大器、內(nèi)插電路、比較器和編碼器，運(yùn)用Simulink軟件分別建立了行為級(jí)模型，對(duì)電路的性能指標(biāo)進(jìn)行折衷設(shè)計(jì)。
　　采樣保持電路模塊作為ADC的

2、最前端模塊，由采樣開(kāi)關(guān)和保持電容引入的非理想因素將不可逆地影響整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)。在THA的行為級(jí)建模過(guò)程中，考慮了電荷注入效應(yīng)、保持電容放電、輸入饋通、開(kāi)關(guān)熱噪聲、轉(zhuǎn)換速率、孔徑時(shí)間和失調(diào)電壓等非理想效應(yīng)，并且結(jié)合上述非理想因素的特點(diǎn)、數(shù)學(xué)模型以及輸入輸出特性，構(gòu)建了一個(gè)完整的ADC中前端THA模塊的Simulink模型。行為級(jí)時(shí)域仿真初步表明該模型能夠?qū)崿F(xiàn)采樣-保持的基本功能，運(yùn)用2048個(gè)點(diǎn)的FFT分析得到了 THA電路的頻

3、譜圖以及性能指標(biāo)，并對(duì)THA中的非理想因素對(duì)采保電路性能的影響進(jìn)行了仿真分析，指導(dǎo)了電路級(jí)設(shè)計(jì)。最后，通過(guò)與電路級(jí)仿真測(cè)試結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了采樣保持電路行為級(jí)模型的精確性和有效性。
　　之后，對(duì)折疊內(nèi)插ADC中折疊放大器、內(nèi)插電路、過(guò)零比較器以及編碼器分別建立了行為級(jí)S im u lin k模型，并針對(duì)折疊放大器中輸入失調(diào)、非線性增益、增益失配和限制性帶寬等非理想因素，以及內(nèi)插增益誤差、比較器失調(diào)進(jìn)行了建模，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的性能指

4、標(biāo)進(jìn)行了折衷設(shè)計(jì)。根據(jù)行為級(jí)模型的仿真結(jié)果，對(duì)電路中的非理想效應(yīng)進(jìn)行了分析討論，確定了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求下，電路級(jí)設(shè)計(jì)的電路參數(shù)，指導(dǎo)并改進(jìn)了 ADC的電路設(shè)計(jì)。行為級(jí)仿真結(jié)果表明，6位折疊內(nèi)插ADC在3Gsps采樣速率下，有效位數(shù)（ENOB)達(dá)到了5.64 bit，微分非線性（DNL)和積分非線性誤差（INL)分別為0.2 LSB和0.41 LSB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR)為45.42 dB，信噪失真比（SNDR)達(dá)到了35.74 dB。

5、最后，采用1 pm GaAs HBT工藝對(duì)折疊內(nèi)插ADC進(jìn)行了流片和測(cè)試，樣片測(cè)試結(jié)果表明，該ADC的芯片面積為4.32mm x3.66mm，ENOB為5.53 bit，DNL和 INL分別為0.36 LSB和0.48 LSB， SFDR為40.92 dB，在6 V單電源電壓供電下，ADC芯片所消耗的功耗為5.43 W。通過(guò)將折疊內(nèi)插ADC的行為級(jí)仿真結(jié)果與樣片測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以看到行為級(jí)仿真結(jié)果與樣片測(cè)試結(jié)果基本一致，從而驗(yàn)證了所