高速数据转换器设计

1章 简介 1 1.1 理想数据转换器 1 1.2 采样 作 2 1.2.1 采样定理 6 1.2.2 带通信号的采样 6 1.3 信号的重构 7 1.4 量化 9 1.5 编码 13 1.6 欠采样和过采样 13 1.7 抽取和内插 14 1.8 结论 18 思考题 19 参考文献 19 2章 性能指标 20 2.1 分辨率和采样率 21 2.2 信号与噪声失真比 21 2.3 无杂散动态范围 24 2.3.1 HD2与HD3 27 2.3.2 差分运算 28 2.4 互调失真 31 2.5 HD与IMD的关系 33 2.6 微分和积分非线性 36 2.7 SFDR和INL的关系 41 2.7.1 HD2和HD3 INL模式 41 2.7.2 锯齿状INL模式 47 2.8 失调和增益误差 49 2.9 抖动 49 2.9.1 分析 50 2.9.2 直观的理解 51 2.9.3　抖动测量 54 2.9.4　随机抖动的类型 54 2.9.5 抖动与相位噪声 55 2.10 误码率 56 2.11 功耗与品质因数 56 2.12 结论 59 思考题 59 参考文献 61 3章 数据转换器结构 62 3.1 快闪ADC 63 3.2 带插值的快闪ADC 70 3.3 多步ADC 71 3.4 子范围ADC 72 3.5 折叠ADC 74 3.6 流水线ADC 77 3.7 逐次逼近ADC 79 3.8 流水线与SAR ADC 81 3.9 时间交织ADC 82 3.10 Σ-Δ ADC 83 3.10.1 过采样和噪声整形 84 3.10.2 单比特调制器 85 3.10.3 过载 86 3.10.4 一阶调制器 86 3.10.5 二阶调制器 88 3.10.6 更高阶与级联Σ-Δ调制器 89 3.10.7 离散时间和连续时间Σ-Δ调制器 92 3.10.8 多比特调制器 93 3.10.9 带通Σ-Δ转换器 93 3.10.10 结束语 93 3.11 DAC架构 93 3.11.1 电阻式DAC 94 3.11.2 电容式DAC 100 3.11.3 电流舵DAC 104 3.12 结论 107 思考题 107 参考文献 110 4章 采样 112 4.1 CMOS 采样器 112 4.1.1 采样噪声 113 4.1.2 采样线性度 114 4.2 输入缓冲 125 4.2.1 输入缓冲器设计 126 4.2.2 输入缓冲器的非线性 130 4.2.3 设计折中小结 136 4.3 互补双 性采样保持器 137 4.4 时钟抖动 138 4.5 结论 142 思考题 143 参考文献 143 5章　比较器 145 5.1　比较器功能 145 5.2　比较器结构 147 5.2.1　开环比较器 147 5.2.2　迟滞比较器 151 5.2.3　再生比较器 152 5.3　亚稳态 155 5.4　开关电容比较器 156 5.4.1　电平转换输入网络 157 5.4.2　电荷重分配输入网络 159 5.5　失调消除 160 5.6 负载与回踢 161 5.7 比较器示例 161 5.8 结论 165 思考题 165 参考文献 167 6章 放大器 168 6.1 开关电容电路 168 6.1.1 开关电容电阻 168 6.1.2 开关电容有源滤波器 170 6.1.3 开关电容放大器 173 6.1.4 开关电容放大器的非理想性 175 6.2 放大器设计 178 6.2.1 直流增益 178 6.2.2 摆率 178 6.2.3 小信号建立 178 6.2.4 共模抑制比和电源抑制比 184 6.2.5 噪声 184 6.3 运算放大器 187 6.3.1 差分对 187 6.3.2 密勒效应 189 6.3.3 共源共栅放大器 190 6.3.4 有源共源共栅放大器 193 6.3.5 两级放大器 195 6.3.6 共模反馈 201 6.4 结论 203 思考题 203 参考文献 204 7章　流水线ADC 206 7.1　架构 206 7.2　开关电容MDAC 215 7.3　性能限制 219 7.3.1　采样非线性 219 7.3.2　量化非线性 219 7.3.3　噪声与抖动 224 7.4　流水线ADC设计注意事项 228 7.4.1　采样电容值和输入满幅 228 7.4.2　每级的位数 229 7.4.3　缩放系数 231 7.4.4　输入缓冲器 232 7.5　精度和速度的挑战 233 7.6　结论 233 思考题 233 参考文献 235 8章　时间交织转换器 237 8.1　时间交织 237 8.2　失调失配 243 8.2.1　特殊情况 245 8.2.2　直观的观点 246 8.3　增益失配 247 8.3.1　特殊情况 248 8.3.2　直观的观点 250 8.4　时序失配 251 8.4.1　特殊情况 252 8.4.2　直观的观点 253 8.5　带宽失配 254 8.6　失配总结 256 8.7　乒乓特殊情况 257 8.7.1　M=2，仅增益失配 257 8.7.2　M=2，仅相位失配 258 8.8　非线性失配 258 8.9　性能提升 259 8.9.1　提升匹配 260 8.9.2　使用一个全速采样保持 261 8.9.3　校准 261 8.10　结论 264 思考题 264 参考文献 265 9章　数字辅助转换器 267 9.1　流水线ADC非线性校准 267 9.1.1　工厂与前台校准 269 9.1.2　基于相关性的校准 273 9.1.3　求和节点的校准 279 9.1.4　参考ADC校准 286 9.1.5　裂式ADC校准 286 9.1.6　建立误差校准 287 9.1.7　记忆校准 289 9.1.8　回踢校准 290 9.1.9　余量放大器非线性 293 9.1.10　耦合校准 300 9.2　扰动 300 9.3　快闪子ADC校准 305 9.4　交织ADC中的失配校准 306 9.4.1　失调失配校准 306 9.4.2　增益失配校准 307 9.4.3　时序失配校准 309 9.4.4　其他失配 313 9.4.5　随机化 313 9.5　结论 314 思考题 314 参考文献 315 10章　发展与趋势 319 10.1　性能演变 319 10.2　工艺演变 323 10.3　未来趋势 324 参考文献 325 中英文术语对照 327