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高精度流水线逐次逼近混合型模数转换器设计
DOI:
作者:
作者单位:

1.天津大学 微电子学院 2.天津大学 天津市成像与感知微电子技术重点实验室

作者简介:

通讯作者:

基金项目:

国家重点研发计划资助项目(2023YFB4402800)


High-Precision Pipelined-Successive Approximation Register Hybrid Analog-to-Digital Converter Design.
Author:
Affiliation:

1.School of Microelectronics,Tianjin University2.Tianjin Key Laboratory of Imaging and Sensing Microelectronic Technology,Tianjin University

Fund Project:

National Key R&D Program of China (2023YFB4402800)

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    摘要:

    为满足数字X射线系统中光电二极管阵列读出电路对平均性能优越的模数转换器(Analog-to-Digital Converter ,ADC)的要求,设计了一款高精度流水线逐次逼近混合型(Pipelined SAR)模数转换器。采用带有预放大级的增益增强型放大器结构,提高余差放大器的速度。使用最低有效位(Least Significant Bit,LSB)平均抗噪声方法,简化第二级比较器结构,有效降低系统功耗。运用基于延迟锁相环(Delay-Locked Loop,DLL)的反馈环路实现了比较器时钟自调节,提高异步时序鲁棒性。基于0.18um EPI BCD工艺完成了对ADC电路设计、版图绘制和后仿真验证。在5V供电电压下,5MSps采样率下,ENOB为15.61bit,SNDR为95.73dB,SFDR为110.72dB。

    Abstract:

    To meet the requirements of the readout circuit for the photodiode array in a digital X-ray system, a high-precision Pipelined-Successive Approximation Register (SAR) ADC has been designed. It features a gain-enhanced amplifier structure with a pre-amplification stage to improve the speed of the residue amplifier. The use of the Least Significant Bit (LSB) averaging noise-resistant method simplifies the structure of the second-stage comparator, reducing overall system power consumption. The comparator clock is self-adjusted using a feedback loop based on a Delay-Locked Loop (DLL), enhancing asynchronous timing robustness. The ADC circuit design, layout, and post-simulation verification were completed using the 0.18um EPI BCD process. Operating at a 5V supply voltage and 5MSps sampling rate, the ADC achieves an ENOB of 15.61 bits, a SNDR of 95.73dB, and a SFDR of 110.72dB.

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  • 收稿日期: 2023-12-27
  • 最后修改日期: 2024-04-12
  • 录用日期: 2024-04-16
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