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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 14位200M ADC設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品利用0.13μm CMOS工藝，數(shù)模混合設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)14位200M的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了14-bit 200MS/s流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)、國(guó)際一流水平。與傳統(tǒng)的流水線ADC相比，該設(shè)計(jì)沒(méi)有采樣保持電路，節(jié)省了大量功耗和芯片面積；采用數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)對(duì)模擬電路的線性、非線性誤差和失調(diào)進(jìn)行校準(zhǔn)，能夠容忍更大的模擬電路誤差，并且采用后臺(tái)校準(zhǔn)技術(shù)跟蹤ADC的工作情況，保證了作品在不斷變化的溫度、工藝、電壓等環(huán)境下的穩(wěn)定性；考慮到高速的運(yùn)放的特性，采用了低抖動(dòng)時(shí)鐘技術(shù)，進(jìn)一步提高了信噪失真比（SNDR）。最后，在0.13μm CMOS工藝下實(shí)現(xiàn)了基于BLMS校準(zhǔn)算法的高速高精度流水線ADC，在1.2V電壓下，功耗約為500mW，面積約為20mm^2。聯(lián)合仿真結(jié)果顯示，在83MHz輸入信號(hào)下，有效比特位（ENOB）達(dá)到了12.3位。目前測(cè)試工作正在進(jìn)行中。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、設(shè)計(jì)目的： 近年來(lái)，隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，高速高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的需求日趨明顯，并受到了廣泛的關(guān)注。 國(guó)際上的ADC的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了16位 250MS/s，為推動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，本次設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)14位 200MS/s的ADC。 二、基本思路： 該ADC采用低功耗的流水線結(jié)構(gòu)，并利用數(shù)字校準(zhǔn)的技術(shù)改善其性能。在此設(shè)計(jì)中，考慮到其200MHz的高采樣率，運(yùn)放非線性和時(shí)鐘抖動(dòng)等誤差都進(jìn)行了校正。 三、創(chuàng)新點(diǎn)： 1.基于Blind LMS算法的數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)技術(shù)； 2.高線性度低增益運(yùn)放； 3.低功耗流水線ADC。 四、技術(shù)關(guān)鍵： 1.數(shù)字后臺(tái)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)； 2.非線性誤差校準(zhǔn)； 3.校準(zhǔn)DAC和流水線ADC輸入級(jí)無(wú)S/H設(shè)計(jì)； 4.高速高線性度運(yùn)放設(shè)計(jì)； 5.低抖動(dòng)時(shí)鐘設(shè)計(jì)。 五、主要技術(shù)指標(biāo)： 有效位數(shù)（或信噪失真比），采樣速率，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍，積分非線性誤差，微分非線性誤差。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了14-bit 200MS/s流水線ADC，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)、國(guó)際一流水平。該設(shè)計(jì)沒(méi)有采樣保持電路，節(jié)省了功耗和芯片面積；采用實(shí)時(shí)的數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)，保證了作品在不斷變化的溫度、工藝、電壓等環(huán)境下的穩(wěn)定性；考慮到高速的運(yùn)放的特性，采用了低抖動(dòng)時(shí)鐘技術(shù)。最后，在0.13μm CMOS工藝下實(shí)現(xiàn)了基于BLMS校準(zhǔn)算法的高速高精度流水線ADC。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 流片成功，樣片
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 協(xié)商確定
作品可展示的形式
- 實(shí)物、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 數(shù)字信息系統(tǒng)需要高速、高精度的ADC來(lái)提高其性能。例如，LTE-Advanced、802.16m等4G無(wú)線通信系統(tǒng)中，要求基站向高寬帶、高采樣率、多通道、多輸入/輸出天線(MIMO)等方向發(fā)展，應(yīng)用正交頻分復(fù)用(OFDM)的調(diào)制方式和MIMO等技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)下行接收信道中采用的ADC的分辨率和速度都提出了更高的要求，甚至需要達(dá)到14-bit, 200MS/s（采樣率）的性能。另一方面，消費(fèi)類(lèi)電子、醫(yī)療生物等電子領(lǐng)域需要降低功耗來(lái)延長(zhǎng)其壽命，這就進(jìn)一步對(duì)ADC提出了低功耗的需求。高速、高精度和低功耗的要求，是ADC設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 隨著高速數(shù)據(jù)通信、軟件無(wú)線電、雷達(dá)和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展，以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的成熟和完善，ADC的性能已經(jīng)成為制約數(shù)字通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵模塊。高速、高精度ADC的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)將是未來(lái)發(fā)展新型通信系統(tǒng)的瓶頸和研究重點(diǎn)。ADC在電子信息系統(tǒng)中的必要性和重要性，以及其實(shí)現(xiàn)的難度，使其一直成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界追捧研究的熱點(diǎn)。 目前，國(guó)際上產(chǎn)業(yè)界設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的ADC已經(jīng)達(dá)到16位250MS/s甚至更高速度，學(xué)術(shù)界則著重于更低電壓、更低功耗的高性能ADC設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。相比于產(chǎn)業(yè)界，學(xué)術(shù)界實(shí)現(xiàn)的高速、高精度ADC已經(jīng)能夠達(dá)到幾百毫瓦甚至更低，其品質(zhì)因數(shù)(FOM)已經(jīng)接近或者達(dá)到100fJ/conv。 在工業(yè)界，ADI、TI、Maxim、Linear、NXP等公司走在生產(chǎn)和研發(fā)ADC的前列。在國(guó)際學(xué)術(shù)界，MIT、U.C. Berkeley、Oregon State University、Stanford、IMEC等大學(xué)和機(jī)構(gòu)在這一領(lǐng)域的研究一直處于國(guó)際領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)主要有復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、東南大學(xué)、電子科技大學(xué)、華為公司等在研究設(shè)計(jì)ADC。 目前，在IEEE核心論文和國(guó)際核心期刊上，采用低功耗設(shè)計(jì)和數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)的ADC可以達(dá)到從10到16位的精度，從20M到500MS/s的速度。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的ADC也可以達(dá)到12位40MS/s的高水平，因此，國(guó)內(nèi)ADC技術(shù)的發(fā)展還有很大的前景，在國(guó)內(nèi)展開(kāi)有關(guān)高性能和低功耗的ADC的研究，將有助于提高國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的研發(fā)水平。 很高精度(≥ 20-bit)的ADC多由Δ-Σ ADC實(shí)現(xiàn)，但是其速度很難提高；Flash ADC速度最快，但是其功耗和芯片面積隨著精度呈指數(shù)增加，從而限制了其精度的提高；算法型(SAR) ADC功耗極低，適用于生物醫(yī)療電子，并且隨著今年來(lái)的發(fā)展，其速度和精度得到大幅度提高，分別實(shí)現(xiàn)了10-bit 100MS/s和18-bit 12.5MS/s；流水線ADC能夠達(dá)到比較高的精度和速度，有可能實(shí)現(xiàn)高速、高精度ADC，不過(guò)業(yè)界設(shè)計(jì)的流水線ADC的功耗通常很高，有很大的改進(jìn)空間。
