逐次逼近模/数转换器（SAR ADC）设计与仿真

模/数转换器（ADC）是连接模拟信号与数字信号的桥梁，属于信号链电路的关键组成部分。本书首先概述各种ADC的结构和基本特点；然后对应用较为广泛的SAR ADC进行详细介绍，包括SAR ADC的结构、原理、参数等；接着着重以14位二步式SAR ADC为例，介绍芯片电路原理、核心模块、辅助模块设计与仿真，详细说明ADC的测试技术、校正技术等。附录中给出了测试代码。本书可帮助从事SAR ADC研究与设计的工程技术人员，从入门开始，逐渐了解各个模块与电路系统的性能，从而完成整个SAR ADC的设计与仿真。

何乐年，浙江大学微纳电子学院副院长、教授、博士生导师，研究方向为模拟与混合信号集成电路芯片设计，包括信号链处理芯片（低噪声运算放大器、模数/数模转换器、接口等），电源管理芯片与系统（AC-DC转换器、DC-DC转换器、LDO、Li电池管理等），近十年来获得发明专利20多件，浙江省科技进步三等奖1项，教育部国家教学成果奖二等奖1项，出版教材与专著3本，翻译教材2本，发表论文30多篇。

第1章 绪论 1
1．1 ADC发展现状 1
1．2 ADC基础指标 2
1．2．1 静态指标 2
1．2．2 动态指标 5
1．3 ADC基本架构与原理 7
1．3．1 闪存（Flash）ADC 7
1．3．2 积分（Integrating）ADC 8
1．3．3 循环（Cyclic）ADC 9
1．3．4 逐次逼近（SAR）ADC 10
1．3．5 德尔塔-西格玛（Delta-Sigma， Δ-Σ）ADC 11
1．3．6 二步式（TS）ADC 13
1．3．7 流水线（Pipeline）ADC 14
1．3．8 时间交织（TI）ADC 15
1．3．9 ADC架构比较 16
第2章 ADC发展趋势与SAR ADC系统 17
2．1 ADC发展趋势 17
2．1．1 技术按比例缩小带来的挑战 18
2．1．2 ADC体系结构概述 19
2．1．3 ADC趋势 20
2．2 SAR ADC系统 25
2．2．1 SAR ADC核心电路 26
2．2．2 SAR ADC辅助电路 29
2．2．3 14位二步式SAR ADC原理 30
2．2．4 14位二步式SAR ADC设计指标 34
第3章 比较器 36
3．1 比较器基础指标 36
3．2 静态比较器 37
3．3 动态比较器 38
3．4 比较器增益与速度 40
3．4．1 前置放大器 40
3．4．2 动态比较器 48
3．4．3 整体比较器 48
3．5 比较器输入失调电压 52
3．5．1 前置放大器失调仿真 53
3．5．2 动态锁存器失调仿真 58
3．6 比较器噪声 65
3．6．1 前置放大器噪声 65
3．6．2 动态锁存器噪声 69
3．7 比较器功耗 73
第4章 数/模转换器（DAC） 74
4．1 电容DAC基础架构 75
4．2 单位电容值――失配 77
4．3 整体电容值―― kT/C噪声 82
4．4 DAC噪声 83
4．5 DAC开关设计 84
4．6 DAC功耗 85
4．7 比例基准二步式DAC设计实例 86
4．7．1 DAC架构 86
4．7．2 失配与kT/C噪声 86
4．7．3 开关设计 88
4．7．4 整体实现 91
第5章 逐次逼近寄存器（SAR）逻辑 93
5．1 同步SAR逻辑 93
5．2 异步SAR逻辑 94
5．3 SAR逻辑速度、面积与功耗 95
5．4 SAR逻辑设计实例 96
5．4．1 采样时序控制 96
5．4．2 SAR逻辑单元电路 96
5．4．3 最高位漏电问题 98
5．4．4 高低位衔接ULS信号与高低位MUX选择 102
5．4．5 SAR逻辑整体实现 106
第6章 整体仿真与设计 108
6．1 整体仿真验证 108
6．1．1 直流仿真 110
6．1．2 交流仿真 115
6．1．3 噪声仿真 120
6．1．4 DNL/INL仿真 121
6．2 接口电路与整体布局 125
第7章 SAR ADC测试 126
7．1 测试系统 126
7．2 静态测试 129
7．3 动态测试 131
7．4 二步式SAR ADC测试结果 133
第8章 校正算法 136
8．1 校正技术概述 136
8．2 模拟前端校正 137
8．3 模拟后端校正 138
8．4 数字前端校正 139
8．5 数字后端校正 140
8．6 校正算法总结 141
8．7 校正应用实例――模拟前端校正应用 142
第9章 采样 152
9．1 信号采样 152
9．2 信号重建 154
9．3 采样开关设计 156
9．4 采样保持电路 159
9．4．1 采样保持概述 159
9．4．2 CMOS采样保持电路 162
第10章 MATLAB在ADC中的应用 164
10．1 MATLAB仿真软件简介 164
10．2 闪存ADC建模 166
10．3 SAR ADC建模 171
10．4 Δ-Σ ADC建模 177
10．5 流水线ADC建模 180

第11章 模拟后端数据处理与分析 184
11．1 信号滤波 184
11．2 数据处理 191
附录A 工艺参数提取 193
A．1 阈值电压 195
A．2 β (μCOXW/L)与K(μCOX) 199
A．3 沟道调制系数 201
A．4 背栅效应系数 203
A．5 栅极电容密度 204
A．6 方块导通电阻 205
A．7 工艺参数总结 205
A．8 gm / Id曲线 206
附录B ADC测试代码 208
B．1 DNL/INL代码 208
B．2 FFT分析代码 210
附录C 本书常用术语表 214
参考文献 216