電荷式流水線ADC中共模電荷誤差的實時校準方法研究

《電荷式流水線ADC中共模電荷誤差的實時校準方法研究》是依託西安交通大學，由張鴻擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電荷式流水線ADC中共模電荷誤差的實時校準方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張鴻
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

基於斗鏈式器件（BBD）的電荷式流水線模數轉換器（ADC）在A/D轉換過程中無需高性能運放，開闢了低功耗高速高精度ADC實現的新途徑。這種新型ADC面臨的一個重要問題是：各BBD子級共模電荷受工藝（P）、電壓（V）、溫度（T）以及輸入信號共模電平變化的影響而產生一定誤差，進而嚴重降低ADC的輸入信號範圍和信噪比。本項目在定量分析共模電荷誤差產生機制和變化規律的基礎上，著力研究電荷式ADC共模電荷誤差的實時校準方法。針對共模電荷誤差實時變化的特點，擬採用複製電路局部反饋、前饋和全局負反饋等方法實時校準BBD關斷點電壓隨PVT變化、輸入信號共模電平變化、以及各子級基準電壓和電容隨PVT變化等因素所引起的共模電荷誤差，最大程度地保證ADC輸入信號範圍和轉換精度不受工作條件改變的影響。各種方法的理論分析和推導已初步完成，項目結束時預期在電荷式流水線ADC的共模電荷誤差實時校準方面達到國際水平。

結題摘要

項目在對電荷式流水線ADC共模電荷誤差的產生機制和變化規律進行理論分析的基礎上，對基於斗鏈式電荷傳輸器件（BBD）的電荷式流水線ADC中的共模電荷誤差實時校準方法開展了深入的研究。採用了複製電路局部反饋方法抑制BBD輸出共模電荷隨溫度、電源電壓和工藝（PVT）的波動；採用級間前饋方法抑制輸入信號共模波動引起的共模電荷誤差；採用全局負反饋方法抑制其它全局因素引起的全局共模電荷誤差。項目還提出了一種對PVT波動不敏感的電荷傳輸開關結構來抑制BBD本身引起的共模電荷誤差。在本項目和負責人承擔的其它課題的支持下，將所研究的多種共模電荷誤差校準電路套用到電荷式流水線ADC中，進行了多次流片驗證。測試結果表明，所研究的校準方法和相應的電路能夠有效地對電荷式流水線ADC的共模電荷誤差進行實時校準，從而顯著提升電荷式流水線ADC的轉換精度。在本項目研究成果的基礎上，項目組及協作單位研製成功了一款250MSPS、13位的電荷式流水線ADC，功耗僅為170mW，目前已經在部分用戶單位的電子產品中試用。本項目的部分研究進展已經在半導體學報、電子學報、IEICE Electronics Express以及IEEE 低壓低功耗會議（IEEE Faible Tension Faible Consommation）等期刊和會議上發表論文10 篇，申請國家發明專利3項。通過本項目的研究，先後培養了碩士畢業生5人，博士畢業生1人。