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摘 要

无论是读写系统或者是通信系统，模数转换器都是必不可少的模块，这些系统中需要高采样速度和一定精度的ADC,在保证采样速度与精度的同时，对于低功耗设计的优化也是ADC开发中的重要部分。

在多种多样的ADC中，全并行模数转换器（FLASH ADC）以其优越的高速性能脱颖而出，如何进行全并行ADC并实现其高速与低功耗的功能是本次毕业设计中主要研究的内容，ADC传统结构的设计以及如何进行创新的设计是关键的设计问题。在本文中，实现了一种8位高速FLASH ADC，参考电压基于反相器阈值电压，即TIQ（Threshold Inverter Quantization）全并行ADC的设计。

TIQ FLASH ADC是利用反相器阈值电压作为参考电压的一种创新性ADC，比较器相对于传统的全并行ADC采用的分压电阻网络替换成了由相同晶体管尺寸的反相器直接级联的方法。这样的设计思路大大简化了传统FLASH ADC的比较器模块的设计结构，取消了时钟电路和分压网络等等，而且相比于传统的全并行模数转换器，TIQ类型的全并行模数转换器的功耗要降低了许多。

关键词：全并行模数转换器；TIQ; 低功耗

Abstract

Whether it is a read-write system or a communication system, analog-to-digital converters are indispensable modules. In these systems, ADCs with high sampling speeds and certain precision are required. While guaranteeing the sampling speed and accuracy, they are also designed for low power consumption. Optimization is also an important part of ADC development.

In a wide variety of ADCs, the FLASH ADC stands out with its superior high-speed performance. How to implement a full-parallel ADC and achieve its high-speed and low-power consumption is the main research in this graduated design. The content, the design of the ADC's traditional architecture, and how to make innovative designs are key design issues. In this paper, an 8-bit high-speed FLASH ADC is implemented. The reference voltage is based on the inverter threshold voltage, which is the design of the TIQ full-parallel ADC.

The TIQ FLASH ADC is an innovative ADC that uses the inverter threshold voltage as the reference voltage. The comparator replaces the voltage divider resistor network used in the traditional full parallel ADC by directly cascaded inverters of the same transistor size. method. This design idea greatly simplifies the design structure of the comparator module of the traditional FLASH ADC, cancels the clock circuit, the voltage divider network, etc., and compared with the traditional full parallel analog-to-digital converter, TIQ type full parallel analog-to-digital conversion The power consumption of the device is reduced a lot.

KEY WORDS: Fully Parallel Analog-to-Digital Converter; TIQ; Low Power Consumption

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 2

1.1 课题背景 2

1.1.1 模数转换器发展现状及趋势 3

1.1.2 论文研究意义 3

第二章 高速ADC的不同种类研究以及各性能指标 4

2.1 结构分析 4

2.1.1 全并行模数转换器 4

2.1.2 插值结构模数转换器 5

2.1.3 流水线结构模数转换器 6

2.1.4 折叠结构模数转换器 7

2.2 性能指标 7

2.2.1 微分非线性 7

2.2.2 积分非线性 8

2.2.3 失调误差 8

2.2.4 信噪比 8

2.2.5 有效位数 9

2.2.6 总谐波失真 9

2.2.7 无杂散动态范围 9

2.2.8 精度 9

2.2.9 分辨率 9

2.2.10 信号与噪声加谐波失真比 10

第三章 TIQ FLASH ADC的设计与仿真 11

3.1 新型比较器结构 11

3.1.1 结构原理介绍 11

3.1.2 新型比较器结构的实现方法 13

3.2 增益提高级 15

3.3 数字编码电路 16

3.4 仿真结果分析 20

3.5 小结 24

第四章 结论 25

致谢 26

参考文献 27

附录A 28

附录B 31

附录C 32

引言

课题背景

模数转换器是将模拟信号与数字信号串联起来的必不可少的齿轮，是当代社会多种多样的电子产业中的关键模块，也正是由于它的关键作用，在多种信号处理的电路设备中几乎都可以看见模数转换器的存在。随着电子技术的快速发展，人们对于高速模数转换器的需求与日俱增，也正是这种需求极大的促进了模数转换器的技术革新，逐渐向高速高精度低功耗等等多样功能皆备的方向发展。

在模数转换器的多种用途中，尤其在某些通信系统中的使用，极其看中模数转换器的高采样速率，而在所有的模数转换器种类中，全并行模数转换器的采样速率作为所有ADC中最快的，以其出类拔萃的高速性能，成为了模数转换器中急需研究的问题。

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