高速低功耗电荷域流水线模数转换器设计

本书对高速模数转换器的特性参数进行了介绍，并分析和对比了各种高速低功耗模数转换器的结构；详细介绍了电荷域流水线模数转换器结构、工作原理和设计实现的一些关键技术；全面介绍了高速模数转换器设计所需要的关键电路功能模块的设计技术；还介绍了两款电荷域低功耗10位250MSPS流水线模数转换器的设计与实现案例。

陈珍海，博士，在中国电子科技集团第五十八研究工作，研究方向是高速低功耗电荷域流水线模数转换器。

第1章绪论1
1.1研究背景1
1.2高速模数转换器最新发展现状2
1.3流水线ADC最新研究进展6
1.4本书的主要内容8
参考文献9
第2章高速模数转换器的性能参数13
2.1理想模数转换器13
2.2ADC的分类14
2.3高速ADC静态参数15
2.3.1分辨率15
2.3.2量化误差15
2.3.3偏置失调误差16
2.3.4增益误差16
2.3.5微分非线性误差17
2.3.6积分非线性误差17
2.3.7绝对精度误差18
2.4高速ADC频域参数19
2.4.1量化噪声19
2.4.2信噪比19
2.4.3总谐波失真20
2.4.4信号与噪声加畸变比20
2.4.5总谐波失真加噪声21
2.4.6有效位21
2.4.7无杂散动态范围21
2.4.8模拟带宽23
2.4.9互调失真24
2.5高速ADC动态参数25
2.5.1孔径时间26
2.5.2孔径误差26
2.5.3有效孔径时间26
2.5.4孔径抖动及其引起的误差27
2.6小结30
参考文献30
第3章高速模数转换器主要结构31
3.1全并行ADC结构31
3.2两步式ADC结构32
3.3流水线ADC结构33
3.4折叠插值ADC结构34
3.5时间交织技术36
3.6小结37
参考文献37
第4章低功耗流水线ADC实现技术38
4.1流水线ADC典型实现技术38
4.1.1流水线ADC基本原理38
4.2开关电容流水线ADC及其性能限制39
4.2.1基于OTA的开关电容流水线ADC实现技术39
4.2.2工艺特征尺寸缩小对开关电容ADC的限制40
4.3低功耗流水线ADC设计技术41
4.3.1运放共享技术42
4.3.2数字辅助的开关电容技术42
4.3.2开环运放技术43
4.3.3基于比较器的开关电容技术44
4.3.4基于过零检测的开关电容技术46
4.3.5基于动态源极跟随器的开关电容技术47
4.3.6电荷域流水线ADC技术48
4.3.7各类低功耗技术对比49
4.4小结50
参考文献50
第5章电荷域流水线ADC原理及关键电路实现方法52
5.1电荷域信号处理技术背景52
5.2电荷域流水线ADC结构及原理54
5.2.1基本电荷传输原理54
5.2.2具备电荷加减功能的传输电路55
5.2.3电荷域ADC子级电路56
5.2.4电荷域ADC子级电路及共模电荷分析58
5.3电荷传输电路59
5.3.1基本BBD电荷传输电路59
5.3.2增强型BBD电荷传输电路60
5.3.3PVT不敏感增强型BBD电荷传输电路63
5.3.4Replica控制增强型BBD电荷传输电路66
5.4电荷域每级1位流水线子级电路67
5.4.1传统开关电容的1位流水线子级电路的实现方法67
5.4.2电荷域1位流水线子级电路的实现方法68
5.4.3比较器失调以及增益误差对子ADC的影响71
5.5电荷域每级1.5位流水线子级电路73
5.5.1传统电压型1.5位流水线子级的实现方法73
5.5.2电荷域1.5位流水线子级电路的实现方法75
5.5.3电荷域1.5位流水线子级的级联78
5.62.5位流水线子级电路实现及理论分析80
5.6.1电荷域2.5位流水线子级电路结构80
5.6.22.5位流水线子级电路理论分析80
5.7采样保持电路83
5.8电荷比较器电路85
5.8.1电荷比较器电路结构85
5.8.2动态锁存比较器电路86
5.9小结87
参考文献87
第6章高速ADC通用功能模块实现89
6.1高速低抖动时钟产生模块89
6.1.1基本时钟接收及恢复电路89
6.1.2时钟相位产生电路94
6.2高线性度采样开关97
6.2.1MOS开关的非理想特性97
6.2.2栅压自举开关100
6.3高速输出接口技术103
6.3.1数字逻辑接口标准103
6.3.2串行差分输出接口104
6.3.3总线输出接口在ADC中的应用111
6.4小结119
参考文献119
第7章电荷域低功耗10位250MSPS流水线ADC设计实例122
7.1电荷域10位250MSPS流水线ADC系统设计122
7.1.1ADC系统架构设计122
7.1.2各子级电路量化电荷的选取和优化123
7.2电荷域10位250MSPS流水线ADC关键模块实现124
7.2.1高性能采样保持电路124
7.2.22.5位子级电路125
7.2.33位全并行ADC电路128
7.2.4基准电压产生及驱动电路129
7.2.5ADC总体仿真结果133
7.3电荷域10位250MSPS流水线ADC版图设计135
7.3.1数模混合信号电路版图设计技巧135
7.3.210位250MSPS电荷域ADC版图设计139
7.4电荷域10位250MSPS流水线ADC测试141
7.4.1高速ADC测试方法141
7.4.2测试方案143
7.4.3测试结果及分析150
7.5小结151
参考文献151
第8章时间交织10位250MSPS电荷域流水线ADC设计实例153
8.1时间交织ADC实现技术153
8.1.1时间交织ADC结构及原理153
8.1.2时间交织ADC关键功能模块154
8.2时间交织电荷域流水线ADC设计157
8.2.1低功耗ADC系统设计157
8.2.2分布式时钟产生系统158
8.2.3其他功能模块电路设计164
8.2.410位250MS／sADC版图设计168
8.2.510位250MSPSADC测试170
8.3小结171
参考文献172