一种单电源供电的十位双积分A_D转换器.doc

高速、高精度和低功耗A/D转换器(ADC已经成为现代通讯和信号处理系统的关键部分。常见的A/D转换结构中,快闪式ADC能达到最快速度,然而功耗大,难以实现高精度;逐次逼近式ADC降低了功耗与面积,但是速度有限;Σ-Δ式ADC转换精度较高,速度却更低;流水线式ADC在速度和精度上有了较好改善,但处理变化很快的非周期模拟信号非常困难。 虽然双积分A/D转换器速度和带宽都不高,在不要求高转换速率的应用环境(如数字电压表与数字测温仪中,却以其更低功耗、更小芯片面积、高精度和抗串模干扰强的优势占有重要地位。文献[1]采用一种新型的时间-数字转换技术,提高了积分式A/D转换器采样率,所以在低功耗的高能物理实验、医学影像辐射传感器等领域亦显示出强大的生命力[2]。 国内对双积分A/D转换器的研究,主要依靠单片机或CPLD控制外部元件来实现转换功能[3],然而这种方式成本和功耗都较高、占用面积大、不符合便携式和SoC发展趋势。另一方面,传统片上双积分A/D转换器原理要求双电源供电,这不仅使芯片工艺更为昂贵、外围电路设计更为复杂,也增加了不必要的功耗。 针对以上情况,研究中基于CMOS工艺,提出一种改进的双积分A/D转换器,通过采用2种模式积分的方法,实现了+5V单电源供电,获得较小系统功耗。 1工作原理 1.1传统双积分A/D转换器 传统双积分A/D转换器结构如图1所示,主要由输入开关、积分器、比较器、逻辑控制、时钟产生器和计数器组成。系统工作过程如下:最开始对积分器和计数器复位以后,积分器对输入信号V in在时间T1内进行积分,T1=2N T c(N为计数器位数,T c为时钟周期时,V0点电压达到峰值V p。然后输入开关接到负参考电平-V R,积分器反向积分,电容C开始放电,V0重新由V p回到 一种单电源供电的十位双积分A/D转换器 孙杰,龚敏,陈昶,邬齐荣 (四川大学物理科学与技术学院微电子技术重点实验室,四川成都610064 摘要:设计了一种改进的双积分A/D转换器,通过采取2种模式积分的方法实现了+5V单电源供电,克服了传统双积分A/D转换器需要双电源的弊端。重点考虑可处理输入信号范围以及功耗的优化,并使用栅压自举开关保证了A/D转换的精度。整体电路设计基于CSMC0.5μm2P3M CMOS工艺,使用Cadence Spectre进行仿真,在5V供电情况下达到10bit精度,转换速率>10Kb/s,输入电压范围达到0~5V,INL<1/2LSB,系统功耗2.636mW。 关键词:双积分A/D转换器;单电源供电;低功耗 中图分类号:TN431.1文献标识码:A An individual power supplied10bit double-integral A/D converter SUN Jie,GONG Min,CHEN Chang,WU Qi Rong (Key Laboratory of Micro-Electronics Technology,School of Physical Science and Technology, Sichuan University,Chengdu610064,China Abstract:An improved double-integral A/D converter was designed.By using two modes of integration,a+5V individual power supply was realized to overcome the traditional ADC′s shortcoming that need double power.Foucusing on input signal range and power consumption optimization,while a gate voltage bootstrapped switch ultilized to ensures the ADC′s precision.Design based on CSMC0.5μm2P3M CMOS process.Simulating with Cadence Spectre shows10bit accuracy,conversion rate>10Kb/s,input voltage range0~5V,INL<1/2LSB,system power dissipation2.636mW was achieved in the case of5V supply. Key words:double-integral A/D converter;individual power supply;low power consumption 图1传