Сложно-функциональные блоки конвейерных КМОП АЦП для видеоприложений

• Автор: Куликов, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений.

Введение .

Глава 1. Тенденции развития быстродействующих АЦП.

КГ. Обзор и сравнение быстродействующих АЦП .

1.2. Тенденции развития АЦП конвейерного типа

1.3. Сложно функциональные блоки.

Выводы . .

Глава 2. Погрешности преобразования АЦП и алгоритмы коррекции1.

2.Г Статические погрешности .

2.2. Коррекция смещения нуля и зоны нечувствительности.

2.3. Динамические параметры. . .
2.4. Погрешности и неидельности конвейерных АЦП .
2.5. Принцип цифровой коррекции
ВЫВОДЫ
Глава 3 Анализ архитектур конвейерных АЦШ
3.1. Анализ вариантов реализации конвейерных каскадов.
3.2. Анализ архитектур конвейерных АЦП.
33. Методика предварительного расчета точностных характеристик
Выводы .
Глава 4. СФ блок АЦП конвейерного типа с автокалибровкой
4.1. Устройство выборки и хранения
4.2 Ядро разрядиого АЦП конвейерного типа.
. 4.3. Источник опорных напряжений ..
4.4. Блок калибровки. ..
4.5 Генератор синхроимпульсов .
4.6. Ключ
4.7. Топологическая реализация и характеристики СФ блока АЦП
СОДЕРЖАНИЕ
Список сокращений.
Введение
Глава 1. Тенденции развития быстродействующих АЦП
1.1. Обзор и сравнение быстродействующих АЦП.
1.2. Тенденции развития АЦП конвейерного типа
1.3. Сложно функциональные блоки.
Выводы.
Глава 2. Погрешности преобразования АЦП и алгоритмы коррекции
2.1. Статические погрешности.
2.2. Коррекция смещения нуля и зоны нечувствительности.
2.3. Динамические параметры
2.4. Погрешности и неидельности конвейерных АЦП
2.5. Принцип цифровой коррекции
Выводы.
Глава 3. Анализ архитектур конвейерных АЦП.
3.1. Анализ вариантов реализации конвейерных каскадов
3.2. Анализ архитектур конвейерных АЦП.
3.3. Методика предварительного расчета точностных характеристик АЦП.
Выводы.
Глава 4. СФ блок АЦП конвейерного типа с автокалибровкой.
4.1. Устройство выборки и хранения
4.2. Ядро разрядного АЦП конвейерного типа.
4.3. Источник опорных напряжений.
4.4. Блок калибровки.
4.5. Генератор синхроимпульсов
4.6. Ключ.
4.7. Топологическая реализация и характеристики СФ блока АЦП
Выводы 7
Заключение
Список литературы


В четвертой главе рассматривается схемотехника СФ блока АЦП конвейерного типа, приводятся результаты моделирования работы основных блоков АЦП и АЦП в целом. Рассматривается реализация алгоритма автокалибровки погрешностей конвейерного АЦП, вызванных технологическим разбросом величин емкостей конденсаторов. Основные результаты диссертации были доложены на научно-технических конференциях «Электроника, микро- и наноэлектроника», проходивших в Костроме в году, в Нижнем Новгороде в году, в Вологде в году, в Гатчине в году и в Пушкинских горах в году , а также на конференциях «Научная сессия МИФИ», проведенных в и годах. Глава 1. Развитие современных вычислительных средств во многих областях науки и техники, в частности, увеличение разрядности микропроцессоров и увеличение скорости обработки информации, требует построения и использования аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей с большой разрядностью и быстродействием. В тоже время, одна из главных тенденций развития электронных устройств - снижение потребляемой мощности вступает в противоречие с требованием повышения быстродействия. Кроме того, требование достижения одновременно большой разрядности и быстродействия преобразователей является также технически противоречивым. С этой точки зрения наиболее интересны следующие ТИЛЫ архитектур АЦП: параллельная архитектура (flash - в иностранной терминологии); двухступенчатый АЦП (two-step flash) и конвейерная архитектура (pipelined) [4]. Аналого-цифровое преобразование можно разделить на две различные операции: дискретизацию и квантование. При дискретизации непрерывный во времени сигнал преобразуется в сигнал с дискретным временем. Преобразование должно производиться с учетом теоремы Котельникова, согласно которой частота дискретизации сигнала должна превышать полосу входного сигнала не менее чем в 2 раза [5, 6]. При квантовании сигнал с непрерывной амплитудой преобразуется в набор дискретных уровней, которые могут быть выражены цифровым кодовом словом. Одним из самых простейших и быстрых аналого-цифровых преобразователей является АЦП с параллельной архитектурой [7, 8]. Он выполняет 2n-1 уровневое квантование с помощью такого же количества компараторов. Von и отрицательным -Von опорными уровнями, разница между которыми определяет полную шкалу преобразования. Вместе выходы компараторов формируют 2^-1 - битный код, причем все выходы нижних компараторов, чьи опорные напряжения ниже входного сигнала, формируют логические 1, а все остальные выходы - 0. Этот так называемый термометрический код преобразуется в N-битное бинарное слово с помощью логической схемы (шифратора), которая так же может содержать функцию для исключения ошибочных бит [4]. Параллельная архитектура - самая быстрая, так как входной сигн&ч подастся непосредственно на входы компараторов и скорость преобразования ограничена только ими. Параллельные АЦП также имеют очень низкую задержку, обычно от 1-го до 2-х периодов тактового сигнала, что позволяет использовать их в приложениях с обратной связью. Например, 8-разрядный преобразователь МАХ4 фирмы MAXIM позволяет получить 9 выборок в секунду при времени задержки прохождения сигнала не более 1,2 не [9]. Недостатком АЦП с параллельной архитектурой является большое количество элементов в структуре. N-разрядиый АЦП содержит 2N-1 компараторов и 2N согласованных резисторов. Следствием этого является высокая стоимость (согни долларов США) и значительная потребляемая мощность. Тот же МАХ 4, например, потребляет около 4 Вт. Наиболее существенный недостаток параллельных АЦП заключается в том, что количество компараторов экспоненциально растет с разрядностью АЦП. Увеличение количества компараторов увеличивает площадь, занимаемую схемой, а также потребляемую мощность. Таким образом, параллельные АЦП с очень высокой разрядностью не практичны, обычно они имеют разрядность 8 бит или менее. Другие факторы, ограничивающие разрядность и быстродействие - нелинейность входной емкости, напряжение смещения компараторов и рассогласование синхронизации компараторов из-за большой площади. Для того чтобы минимизировать смещения, часто используется авто-обнуление компараторов [, ].