高速數據轉換器設計 High Speed Data Converters

目 錄

第1章 簡介 1
1.1 理想數據轉換器 1
1.2 採樣操作 2
1.2.1 採樣定理 6
1.2.2 帶通信號的採樣 6
1.3 信號的重構 7
1.4 量化 9
1.5 編碼 13
1.6 欠採樣和過採樣 13
1.7 抽取和內插 14
1.8 結論 18
思考題 19
參考文獻 19
第2章 性能指標 20
2.1 分辨率和採樣率 21
2.2 信號與噪聲失真比 21
2.3 無雜散動態範圍 24
2.3.1 HD2與HD3 27
2.3.2 差分運算 28
2.4 互調失真 31
2.5 HD與IMD的關系 33
2.6 微分和積分非線性 36
2.7 SFDR和INL的關系 41
2.7.1 HD2和HD3 INL模式 41
2.7.2 鋸齒狀INL模式 47
2.8 失調和增益誤差 49
2.9 抖動 49
2.9.1 分析 50
2.9.2 直觀的理解 51
2.9.3　抖動測量 54
2.9.4　隨機抖動的類型 54
2.9.5 抖動與相位噪聲 55
2.10 誤碼率 56
2.11 功耗與品質因數 56
2.12 結論 59
思考題 59
參考文獻 61
第3章 數據轉換器結構 62
3.1 快閃ADC 63
3.2 帶插值的快閃ADC 70
3.3 多步ADC 71
3.4 子範圍ADC 72
3.5 折疊ADC 74
3.6 流水線ADC 77
3.7 逐次逼近ADC 79
3.8 流水線與SAR ADC 81
3.9 時間交織ADC 82
3.10 Σ-Δ ADC 83
3.10.1 過採樣和噪聲整形 84
3.10.2 單比特調制器 85
3.10.3 過載 86
3.10.4 一階調制器 86
3.10.5 二階調制器 88
3.10.6 更高階與級聯Σ-Δ調制器 89
3.10.7 離散時間和連續時間Σ-Δ調制器 92
3.10.8 多比特調制器 93
3.10.9 帶通Σ-Δ轉換器 93
3.10.10 結束語 93
3.11 DAC架構 93
3.11.1 電阻式DAC 94
3.11.2 電容式DAC 100
3.11.3 電流舵DAC 104
3.12 結論 107
思考題 107
參考文獻 110
第4章 採樣 112
4.1 CMOS 採樣器 112
4.1.1 採樣噪聲 113
4.1.2 採樣線性度 114
4.2 輸入緩沖 125
4.2.1 輸入緩沖器設計 126
4.2.2 輸入緩沖器的非線性 130
4.2.3 設計折中小結 136
4.3 互補雙極性採樣保持器 137
4.4 時鐘抖動 138
4.5 結論 142
思考題 143
參考文獻 143
第5章　比較器 145
5.1　比較器功能 145
5.2　比較器結構 147
5.2.1　開環比較器 147
5.2.2　遲滯比較器 151
5.2.3　再生比較器 152
5.3　亞穩態 155
5.4　開關電容比較器 156
5.4.1　電平轉換輸入網絡 157
5.4.2　電荷重分配輸入網絡 159
5.5　失調消除 160
5.6 負載與回踢 161
5.7 比較器示例 161
5.8 結論 165
思考題 165
參考文獻 167
第6章 放大器 168
6.1 開關電容電路 168
6.1.1 開關電容電阻 168
6.1.2 開關電容有源濾波器 170
6.1.3 開關電容放大器 173
6.1.4 開關電容放大器的非理想性 175
6.2 放大器設計 178
6.2.1 直流增益 178
6.2.2 擺率 178
6.2.3 小信號建立 178
6.2.4 共模抑制比和電源抑制比 184
6.2.5 噪聲 184
6.3 運算放大器 187
6.3.1 差分對 187
6.3.2 密勒效應 189
6.3.3 共源共柵放大器 190
6.3.4 有源共源共柵放大器 193
6.3.5 兩級放大器 195
6.3.6 共模反饋 201
6.4 結論 203
思考題 203
參考文獻 204
第7章　流水線ADC 206
7.1　架構 206
7.2　開關電容MDAC 215
7.3　性能限制 219
7.3.1　採樣非線性 219
7.3.2　量化非線性 219
7.3.3　噪聲與抖動 224
7.4　流水線ADC設計註意事項 228
7.4.1　採樣電容值和輸入滿幅 228
7.4.2　每級的位數 229
7.4.3　縮放系數 231
7.4.4　輸入緩沖器 232
7.5　精度和速度的挑戰 233
7.6　結論 233
思考題 233
參考文獻 235
第8章　時間交織轉換器 237
8.1　時間交織 237
8.2　失調失配 243
8.2.1　特殊情況 245
8.2.2　直觀的觀點 246
8.3　增益失配 247
8.3.1　特殊情況 248
8.3.2　直觀的觀點 250
8.4　時序失配 251
8.4.1　特殊情況 252
8.4.2　直觀的觀點 253
8.5　帶寬失配 254
8.6　失配總結 256
8.7　乒乓特殊情況 257
8.7.1　M=2，僅增益失配 257
8.7.2　M=2，僅相位失配 258
8.8　非線性失配 258
8.9　性能提升 259
8.9.1　提升匹配 260
8.9.2　使用一個全速採樣保持 261
8.9.3　校準 261
8.10　結論 264
思考題 264
參考文獻 265
第9章　數字輔助轉換器 267
9.1　流水線ADC非線性校準 267
9.1.1　工廠與前臺校準 269
9.1.2　基於相關性的校準 273
9.1.3　求和節點的校準 279
9.1.4　參考ADC校準 286
9.1.5　裂式ADC校準 286
9.1.6　建立誤差校準 287
9.1.7　記憶校準 289
9.1.8　回踢校準 290
9.1.9　餘量放大器非線性 293
9.1.10　耦合校準 300
9.2　擾動 300
9.3　快閃子ADC校準 305
9.4　交織ADC中的失配校準 306
9.4.1　失調失配校準 306
9.4.2　增益失配校準 307
9.4.3　時序失配校準 309
9.4.4　其他失配 313
9.4.5　隨機化 313
9.5　結論 314
思考題 314
參考文獻 315
第10章　發展與趨勢 319
10.1　性能演變 319
10.2　工藝演變 323
10.3　未來趨勢 324
參考文獻 325
中英文術語對照 327