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          一個用于流水線模數轉換器的高精度、低功耗采樣保

          作者: 時間:2009-07-30 來源:網絡 收藏


          圖5 開關電容共模反饋電路


          圖6 輔助放大器及其共模反饋電路

          自舉開關

          開關是的一個重要組成部分。它是信號失真,電荷注入和時鐘饋通效應主要來源。后兩者可通過采用下極板采樣和全差分電路結構來消除。A/D對信號失真要求很高,因為失真直接影響到A/D的精度。當信號幅度較高時,的精度和速度就直接受限于失真。而失真的主要原因是開關導通電阻的非線性。開關導通電阻不是一個固定值,而是輸入信號的函數。對于短溝器件的導通電阻為:

          其中VG,VS,VD和VB分別為晶體管柵、源、漏和襯底電壓。一般,輸入信號電壓連接在源端。假設,VS=VD=VB。通過PMOS管的自襯底技術使襯底和源短連接在一起,從而消除分母中后半部分平方根中的部分。則開關的導通電阻RON主要有VG-VS的差值決定,自舉開關就是通過固定這個差值來實現開關的線性導通電阻,從而消除信號失真。自舉開關電路如圖7所示,工作原理是:當CLK為高的時候,自舉開關屬于關斷狀態(tài),此時開關MS的柵通過管子M1連接在VSS。而同時,電容C1兩端電壓差為VDD-VTH,其中VTH為NMOS管的閾值電壓。當CLK為低的時候,自舉開關屬于導通狀態(tài),此時,M1管關閉,通過M2管使開關MS的柵電壓固定為Vin+(VDD-VTH)。其仿真結果如圖8所示。需要指出的是,圖2中4處有開關,其中S1和S2采用自舉開關,S3采用CMOS傳輸門,S4采用簡單NMOS傳輸門,這樣可以簡化電路并降。


          圖7 自舉開關

          圖8 自舉開關仿真結果


          仿真結果和結論

          圖4所示的運算放大器的Hspice的仿真結果為圖9,在電路負載為15p的情況下,直流增益為104.6dB,單位增益為166MHz,相位裕度為71度。完全滿足設計要求。圖10為該的在輸入信號為5MHz,全差分信號幅度為2Vpp采樣頻率為20MHz情況下的輸出頻譜圖。仿真結果顯示,該電路的SFDR為92.4dB,SNDR為88.6dB,SNR為96.1dB。

          本文描述了一個用于14位20MHzA/D的采樣保持電路。該電路采用UMC logic 0.25μm2.5V工藝,通過采用增益增強放大器和自舉開關,在輸入為±1V頻率為5MHz正弦波,采樣頻率為20MHz的情況下獲得了96.1dB的信噪比。


          圖9 運算放大器的頻率特性曲線


          圖10 仿真頻譜圖(fin=5MHz,fs=20MHz)


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