在1.8V, 0.18μm CMOS工艺下,实现了10位,50MS/s流水线操作A/D转换器的设计和测试. 通过优化采样电容和运算跨导放大器(OTA)电流,并采用动态比较器,从而降低功耗;采用复位结构的采样/保持和余量增益电路消除OTA失调电压的影响;优化OTA的次极点,保证其工作稳定. 测试结果

第26卷　第11期2005年11月

半　导　体　学　报

CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORS

Vol.26　No.11

Nov.,2005

一种5716mW,10位,50MS/s流水线

操作CMOSA/D转换器3

黄飞鹏　王静光　何济柔　洪志良

(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室,上海　200433)

μmCMOS工艺下,实现了10位,50MS/s流水线操作A/D转换器的设计和测试.通过优化采摘要:在118V,0118

样电容和运算跨导放大器(OTA)电流,并采用动态比较器,从而降低功耗;采用复位结构的采样/保持和余量增益电路消除OTA失调电压的影响;优化OTA的次极点,保证其工作稳定.测试结果表明:ADC在整个量化范围内无失码,功耗为5716mW,失调电压为018mV,微分非线性为-016～017LSB1对511MHz的输入信号量化,可获得

4419dB的信号与噪声及谐波失真比.电路面积为0152mm2.

关键词:模数转换器;流水线;低功耗;失调电压;低电压

EEACC:1290B;1280

中图分类号:TN432　　　文献标识码:A　　　文章编号:025324177(2005)1122230206

1　引言

高速A/D转换器(ADC)是HDTV系统中的一个重要模块[1],HDTV要求ADC具有低功耗、10位精度及40MHz以上的转换速率.由于HDTV的μmCMOS工艺,其数字部分已经广泛采用了0118

工作电压均为118V.为了和数字部分兼容,要求ADC也必须采用同样的工艺和电压来实现.

由于采用118V的工作电压,缩小了ADC的量

化范围,相应减小最低位(LSB)对应的电压,导致噪μm工艺下,声对其性能的影响增大;同时,在0118

因失配而导致的失调电压也值得关注,较大的失调电压会增大外围电路的设计难度.如果失调电压与输入信号相关,还会增大ADC的微分非线性

(DNL)[2],降低精度.

目前,国内文献中关于流水线操作的

μm工艺下设计ADC[3～5],部分是在118V,0118

的[5],并提供了较好的仿真结果.但是仿真时较难考虑噪声和失调电压的影响,仿真与测试结果往往会

3国家自然科学基金资助项目(批准号:69976009)

μm工艺下,设计有较大的差别.本文在118V,0118

一个10位、50MHzADC时,采用如下技术,降低了噪声和失调电压的影响,改善了ADC的测试结果:(1)流水线结构[6,7],降低对比较器失调电压的要求;(2)兼顾噪声和功耗,优化采样电容大小和运算跨导放大器(OTA)工作电流;(3)采用动态比较器[7],降低ADC整体功耗;(4)复位结构[8]的采样/保持(T/H)和余量增益(MDAC)电路消除OTA失调电压的影响;(5)增益自举的折叠级联OTA保证ADC的转换速度和精度[9];(6)优化OTA次极点,确保其闭环工作稳定.

2　每级1.5位的流水线ADC介绍[6,7]

图1是每级115位的流水线ADC(10位精度)结构示意图,它由1级T/H、8级MDAC(MDAC1～MDAC8)和1级2位ADC级联而成.输入信号经T/H电路采样后,由MDAC1粗量化,并对差值放大和保持,差值由下一级MDAC做同样的处理.粗量化结果经过数字电路纠正后得到最终的量化值.

　黄飞鹏　男,1972年出生,博士研究生,从事数模混合集成电路的设计与测试.

　洪志良　男,1946年出生,教授,博士生导师,从事模拟和射频集成电路设计、图像处理和系统集成等.　2005204226收到,2005206219定稿

Ζ2005中国电子学会