流水线ADC功耗优化算法及其硬件实现

提出了一种针对流水线模数转换器的功耗优化算法,包括各级分辨率的分配、电容缩减、各级电流控制、各级电路结构选择和最后确认五部分.采用了上述功耗优化算法,并引入了改进的取样保持放大器和比较器,在TSMC0.18μmCMOS工艺下,设计了一个10位,取样速率80MHz的流水线ADC.在40MHz输入信号下,SNDR和SFDR分别为58.1dB和60.14dB,功耗为57mW.原型测试结果说明此算法可在保证ADC特性的前提下,达到功耗优化的目的.     

流水线阵列乘法器的功耗分析和优化

针对流水线结构阵列乘法器，分别采用寄存器翻转统计和门级翻转率统计的方法进行了功耗分析，创新地提出了一种通过增加判断逻辑进行数据预分流以实现功耗优化的方法。实验结果证明，这种优化方法能够带来明显的功耗节省。类似方法也可普遍用于逻辑行为对称但实现结构不对称的数据通路单元的低功耗设计实现中。     

基于流水线ADC的MDAC电容失配校准研究

针对MDAC中采样电容失配会降低ADC输出非线性性能的问题,提出了一种流水线ADC的前台数字校准技术。该前台数字校准技术利用ADC输出积分非线性的相对偏差提取误差,利用简单的多路选择运算单元进行误差补偿。在此基础上,采用Verilog HDL实现了RTL级描述并成功流片。仿真和测试结果表明,该校准算法能够提升ADC输出性能。     

用于高速高精度流水线ADC的开关电容比较器

在65 nm CMOS工艺条件下,设计了一种用于高速高精度流水线ADC的开关电容比较器。采用单电容结构,实现了比较结果的最小化传输延迟。利用正反馈电容将采样网络的实极点调制为复极点,以减小采样传输延迟。用静态锁存器替代高速双尾动态锁存器,以适应正反馈的电容结构。数字驱动部分采用正反馈方式,以提升传输速度。Spectre仿真结果表明,在14位精度下,10 GHz带宽比较器的采样网络具有与20 GHz带宽MDAC的采样网络相同的传输延迟,从锁存器开始锁存到数字驱动输出的总传输延迟小于50 ps。     

一种用于16位流水线ADC的多比特子DAC电容失配校准方法

多比特子DAC的电容失配误差在流水线AIX:输出中引入非线性误差,不仅严重降低AEK、转换精腰.而且通常的校准技术无法对非线性误差进行校准.针对这种情况,本文提出了一种用于16位流水线ADC的多比特子DAC电容失配校准方法.该设计误差提取方案在流片后测试得到电容失配误差.进而计算不同输入情况下电容失配导致的MDAC输出误差,根据后级的误差补偿电路将误差转换为卡乏准码并存储在芯片中,对电容失配导致的流水级输出误差进行校准.仿真结果表明.卡《准后信噪失真比SINAD为93.34 dB.无杂散动态范围SFDR为117.86 dB,有效精度EN()B从12.63 bit提高到15.26 bit.     

基于冗余子级的流水线ADC校准技术

提出了基于冗余子级的流水线ADC后端校准技术,采用精度较高的流水线冗余子级代替参考ADC,对流水线ADC的各个子级校准,替代了对整个ADC的校准,使校准系统无需降频同步,较好地解决了传统校准系统中主信号通路与参考ADC信号通路不同步的问题。对Matlab/Simulink中搭建的精度为16位、采样频率为10 MS/s的流水线ADC进行仿真,结果表明,当输入信号频率为4.760 5 MHz时,经过校准,流水线ADC的有效位和无杂散动态范围分别由9.37位和59.96 dB提高到15.32位和99.55 dB。进一步的FPGA硬件验证结果表明,流水线ADC的有效位和无杂散动态范围分别为12.73位和98.62 dB,初步验证了该校准算法的可行性。     

一种基于统计的流水线ADC数字后台校准方法

高精度流水线ADC的设计需要校准技术来提高其转换精度.基于统计的数字后台校准方法无需校准信号,直接通过对输出的统计得到误差值的大小,将其从数字输出中移除从而消除了ADC输出非线性.将该校准方法应用于14bit流水线ADC中,仿真结果表明校准后信噪失真比SNR为76.9dB,无杂散动态范围SFDR为73.9dB,有效精度ENOB从9bit提高到12.5bit.     

基于流水线ADC的高速数据采集系统设计

由于流水线模数转换器（ADC）能在较低的功耗条件下实现中、高精度高速数据采样功能,因而被广泛应用于雷达、通信、医学成像、精确控制等技术领域的数据采集系统。文章介绍了流水线ADC的基本原理及其最新研究成果,并且基于流水线ADC完成了一种14位精度125Msps高速数据采集系统的设计。测试结果表明,该系统在75Msps采样...     

一种12位80 MS/s CMOS流水线ADC设计

介绍了一种12 bit 80 MS/s流水线ADC的设计,用于基带信号处理,其中第一级采用了2.5 bit级电路,采样保持级采用了自举开关提高线性,后级电路采用了缩减技术,节省了芯片面积.采用了折叠增益自举运放,优化了运放的建立速度,节省了功耗.芯片采用HJTC0.18μm标准CMOS工艺,1.8 V电压供电,版图面积2.3 mm × 1.4 mm.版图后仿真表明,ADC在8 MHz正弦信号1 V峰值输入下,可以达到11.10 bit有效精度,SFDR达到80.16 dB,整个芯片的功耗为155 mW.     

运算流水线的实现和优化

文章在对流水线性能进行分析的基础上，以双精度浮点运算流水线为例子，阐述了实现多条运算流水机制的方法。并对单条流水线，从设计结构和运算的分段两个方面详细介绍了设计的优化方案，并对优化后流水化设计和传统流水设计进行了可靠性和速度的比较，其速度可以提高近1倍。     

流水线模数转换器研究现状

基于运算放大器(OTA)的开关电容技术是目前流水线模数转换器(ADC)的主要实现方式.由于该技术需要使用高增益宽带宽OTA来保证电路的速度和精度,基于该技术的流水线ADC难以在纳米级CMOS工艺条件下实现并且功耗限制日益突出.文章首先介绍了流水线ADC的基本原理,其次介绍了基于OTA的开关电容实现技术及其在纳米级CMO...     

高精度流水线模数转换器的全定制版图设计

采用0.18μm混合信号1P6M CMOS工艺,介绍了一种高精度流水线模数转换器的全定制版图设计。该芯片为数模混合信号IC,工作电压1.8 V/3.3 V,具有12位的采样精度和25 MHz的工作频率。版图设计过程中使用了合适的版图布局和电源、地线网络结构,重点介绍了采样保持模块设计上的一些结构和技巧。芯片测试结果表明芯片功能全部实现、性能良好,版图设计较好地实现了电路功能。     

一个高性能低功耗10位30MS/s流水线A/D转换器

介绍了一个10位30M采样率流水线A/D转换器，通过采用运放共享技术和动态比较器，大大降低了电路的功耗. 在采样保持电路中使用一种新颖的自举（bootstrap）开关，减小了失真，使得电路在输入信号频率很高时仍具有很好的动态性能. 还提出了一种新的偏置电路结构，为增益提高运放提供了一个稳定且精确的偏置，使得增益提高运放具有较大的电压摆幅. 在30MHz采样时钟，29MHz输入信号下测试，可以得到9.16bit有效位的输出，在输入信号为70MHz时，仍然有8.75bit有效位. 电路积分非线性的最大值为0.     

一个低电压低功耗10位30MS/s流水线A/D转换器

实现了一个10位精度,30MS/s,1.2V电源电压流水线A/D转换器,通过采用运放共享技术和动态比较器,大大降低了电路的功耗。为了在低电源电压下获得较大的摆幅,设计了一个采用新颖频率补偿方法的两级运放,并深入分析了该运放的频率特性。同时还采用了一个新的偏置电路给运放提供稳定且精确的偏置。在30MHz采样时钟,0.5MHz输入信号下测试,可以得到8.1bit有效位的输出,当输入频率上升到60MHz(四倍奈奎斯特频率)时,仍然有7.9bit有效位。电路积分非线性的最大值为1.98LSB,微分非线性的最大值为0.7LSB。电路采用0.13μmCMOS工艺流片验证,芯片面积为1.12mm2,功耗仅为14.4mW。     

低功耗流水线ADC中多阈值比较器的设计

采用IBM 0.13 μm CMOS工艺,设计了适用于80 MS/s流水线结构A/D转换器的比较器.电路使用全差分动态锁存结构,在Lewis-Gray结构的基础上,保留比较器阈值和输入差分管尺寸之间的线性比例关系,改进复位和输出电路结构,降低了设计复杂度和功耗,减小了面积.通过细致的版图考虑,实现了7种不同阈值电压的比较器,失调小于13 mV,最大面积为25μm×13μm,最高工作频率达500 MHz;80 MS/s工作时,功耗最大仅为63 μW,低于Lewis-Gray结构的比较器.     

A Novel Power Optimization Method by Minimum Comparator Number Algorithm for Pipeline ADCs

The effects of stage numbers on power dissipation of pipeline analog-to-digital converter （ADC） are studied and a novel design method aiming for power optimization is presented. In this method, a minimum comparator number algorithm （MCNA） is first introduced, and then the optimum distribution of resolutions through pipeline ADC stages is deduced by MCNA. Based on the optimum stage-resolution distribution, an optimization method is established, which examines the precise function between ADC power and stage resolutions with a parameter of power ratio （Rp）. For 10-bit pipeline ADC with scaling down technology, the simulation results by using MATLAB CAD tools show that an eight-stage topology with 1-bit RSD correction achieves the power optimization indicated by the power reduction ratio.     

Design and Power Optimization of High-Speed Pipeline ADC for Wideband CDMA Applications

This paper presents a 7-bit 64 MS/s pipeline A/D convertersuitable for wideband CDMA applications. Targeting atachieving low power dissipation at high speed, techniques suchas digital correction and optimal scaling of capacitor valuehave been employed. Switched-Opamp technique is used tofurther reduce power consumption. This ADC is implemented in0.5 m standard CMOS process. It operates from a single 3 V supply, and dissipates only 31 mW at 64 MS/s.