高性能流水线模数转换器及其数字校准技术研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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贾华宇 著

图书标签:

• 模数转换器
• 流水线ADC
• 数字校准
• 高性能ADC
• 模拟电路
• 数字电路
• 信号处理
• 误差校准
• 低功耗设计
• 集成电路设计

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560635965

版次：1

商品编码：11708267

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：154

字数：199000

正文语种：中文

内容简介

　　《高性能流水线模数转换器及其数字校准技术研究》根据流水线模数转换器（ADC）的原理和数字校准技术的新发展，系统地介绍了流水线ADC中各个功能模块的原理、分析与设计，内容包括流水线ADC和数字校准技术的发展历程；ADC的功能、分类、性能参数以及误差模型；基于信号统计规律的数字校准算法；12位、40MS/s流水线ADC的设计，基于权重的数字校准算法；14位、80MS/s流水线ADC的设计；流水线ADC的版图设计；10位、��170MS/s��流水线ADC的设计。��
　　《高性能流水线模数转换器及其数字校准技术研究》侧重原理分析与工程设计，是模拟与数模混合集成电路设计的参考书，可供集成电路设计相关领域的研究人员参考，也可供集成电路设计专业的研究生使用。

前言/序言

高性能流水线模数转换器及其数字校准技术研究 内容概要 本书深入探讨了高性能流水线模数转换器（Pipeline ADC）的设计原理、关键技术以及配套的数字校准方法。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解如何设计和优化流水线ADC，以满足日益增长的高速、高精度数据采集需求，同时掌握如何利用数字校准技术克服模拟电路固有的非理想性，实现更出色的转换性能。 第一章 绪论 本章首先介绍模数转换器（ADC）在现代电子系统中的重要作用及其发展历程，重点阐述了流水线ADC作为中高速、高分辨率ADC主流架构的优势所在。接着，详细分析了影响流水线ADC性能的关键参数，如采样率、分辨率、信噪比（SNR）、无杂散响应比（SFDR）以及功耗等。同时，引出了流水线ADC设计中面临的主要挑战，包括非理想运放、开关非理想性、元件失配等对转换精度的影响。最后，概述了本书的研究内容和章节安排，明确本书的研究目标和预期贡献，为后续章节的学习奠定基础。 第二章 流水线模数转换器基本原理 本章将详细讲解流水线ADC的基本工作原理。从最简单的两级流水线ADC出发，逐步介绍其多级级联结构，分析每一级的功能，包括采样、放大、减法和量化。深入剖析多位（multi-bit）和一位（1-bit）量化器的优缺点及其在不同设计场景下的适用性。详细讲解子模数转换器（Sub-ADC）和数字后处理（Digital Post-processing）在整个流水线ADC架构中的作用。通过分析理想情况下的转换过程，为后续理解非理想性对性能的影响打下坚实基础。 第三章 流水线ADC的关键电路模块设计 本章聚焦于流水线ADC设计中的核心电路模块。 运算放大器（Op-Amp）设计： 详细探讨了运放的设计要求，包括增益、带宽、压摆率、输入失调电压、输出摆幅以及功耗等。分析了不同类型运放拓扑结构（如折叠式共源共栅、尾电流源式等）的特点及其适用性。重点讲解了如何通过选择合适的器件、优化偏置电路以及补偿技术来满足流水线ADC对运放的严苛要求。 采样保持电路（Sample-and-Hold Amplifier, SHA）： 阐述了SHA在流水线ADC中的作用，以及其面临的挑战，如开关导通电阻、电荷注入、驱动能力不足以及时钟馈通等。分析了不同的SHA架构，并提供了优化设计以减少非理想效应的策略。 低失配开关： 详细讨论了开关非理想性（如阈值电压失配、导通电阻变化）对ADC精度的影响。介绍了采用CMOS开关、差分开关以及其他技术来减小失配和电荷注入的有效方法。 数字-模拟转换器（DAC）设计： 分析了流水线ADC中DAC（通常指残余电压DAC）的设计，包括其精度要求以及如何减小失配和非线性。 第四章 非理想性对流水线ADC性能的影响 本章深入分析流水线ADC设计中各种非理想因素对转换精度的影响。 运放增益误差和失调电压： 详细推导了运放有限增益和失调电压如何导致量化误差，并分析了其对ADC整体线性度和分辨率的影响。 元件匹配误差： 讨论了电阻、电容等元件的失配如何引入非线性，特别是对多位量化器和DAC的影响。 开关非理想性： 细致分析了开关导通电阻、电荷注入以及时钟馈通等对采样精度和残余电压的影响。 其他非理想效应： 探讨了电源噪声、时钟抖动、交叉耦合等对ADC性能的潜在影响。 第五章 数字校准技术概述 本章引入数字校准技术，作为克服流水线ADC非理想性的关键手段。 校准的必要性与优势： 阐述了为何需要数字校准，以及数字校准相比于模拟校准的优势，如更高的灵活性、更好的可重复性以及更低的硬件开销。 校准的基本原理： 介绍了几种常见的数字校准方法的基本思路，包括利用数字域对模拟电路的失配和非线性进行补偿。 校准流程： 概述了典型的数字校准流程，包括校准码的生成、校准参数的计算以及校准后数据的转换。 第六章 基于数字校准的流水线ADC设计 本章详细介绍几种主流的数字校准技术在流水线ADC中的具体应用。 固定斜率校准（Fixed-Slope Calibration）： 阐述了固定斜率校准的原理，如何通过测量不同输入下的输出，并利用数字算法来估计并补偿运放增益误差。 动态校准（Dynamic Calibration）： 介绍动态校准技术，包括如何在线地估计并补偿元件失配和非线性。重点讲解了自校准（Self-Calibration）和盲校准（Blind Calibration）等方法。 多点校准（Multi-point Calibration）： 探讨了如何利用多个校准点来更精确地描述并补偿ADC的非线性特性。 基于数字信号处理的校准： 介绍如何利用数字信号处理技术（如最小二乘法、滤波等）来提高校准的精度和鲁棒性。 校准硬件要求： 分析了实现数字校准所需的附加硬件（如额外的ADC、DAC、存储器等）以及如何最小化这些硬件的需求。 第七章 数字校准算法的实现与优化 本章侧重于数字校准算法的具体实现细节和优化策略。 校准参数估计算法： 详细介绍用于估计校准参数（如增益误差、失调、非线性系数）的算法，包括最小均方误差（MMSE）、最大似然估计（MLE）等。 校准码生成与应用： 讲解如何生成用于校准的数字码，以及如何将这些校准码应用于实际的ADC输出数据上，实现性能的提升。 校准速度与功耗优化： 讨论如何权衡校准精度、校准速度和功耗，以满足不同应用场景的需求。 鲁棒性与抗干扰设计： 分析如何设计具有良好鲁棒性的校准算法，使其能够抵抗噪声和工艺偏差的影响。 第八章 实际设计案例与仿真验证 本章通过具体的实际设计案例，展示流水线ADC及其数字校准技术的综合应用。 设计指标与架构选择： 介绍一个具体的ADC设计目标（例如，某个通信标准或传感器应用的采样率和分辨率要求），并基于这些指标选择合适的流水线ADC架构和校准策略。 电路级仿真： 利用专业EDA工具（如Cadence, Synopsys等）进行电路级仿真，验证所设计的流水线ADC在理想和非理想条件下的性能。 数字校准仿真： 对所设计的数字校准算法进行详细的仿真验证，展示校准前后的性能提升，包括SNR、SFDR、INL/DNL的改善。 版图设计考虑： 简要讨论在版图设计中需要考虑的关键因素，以减少匹配误差和提高性能，例如器件的匹配、走线规则等。 性能评估与讨论： 对仿真结果进行详细的分析和讨论，总结设计中的经验和教训。 第九章 结论与展望 本章总结本书的研究成果，并对未来流水线ADC及其数字校准技术的发展趋势进行展望。 研究贡献总结： 提炼本书在理论和实践上的主要贡献，强调所提出的设计方法和校准技术在提升ADC性能方面的价值。 面临的挑战与未来研究方向： 讨论当前流水线ADC设计和数字校准技术仍然面临的挑战，例如更低功耗、更高频率、更复杂的非线性补偿等。 新兴技术与应用前景： 展望未来可能出现的新技术，如基于机器学习的自适应校准、更先进的量化器设计、以及在特定应用领域（如5G通信、医疗影像、物联网等）的广阔应用前景。 目标读者 本书适用于电子工程、微电子学、集成电路设计等相关专业的本科生、研究生，以及从事高性能模数转换器设计、验证和应用的相关工程师和研究人员。阅读本书需要具备一定的模拟电路和数字电路基础知识。 本书特点 理论与实践相结合： 深入讲解基本原理，同时结合实际设计经验和仿真验证。 内容全面深入： 涵盖流水线ADC设计、非理想性分析和数字校准技术的各个方面。 校准技术系统性： 详细介绍多种主流数字校准方法，并对其实现和优化进行了深入探讨。 工程导向： 关注实际设计中的挑战和解决方案，为读者提供实用的工程指导。 结构清晰： 章节之间逻辑严谨，层层递进，便于读者理解和学习。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题让我联想到了一些我曾经读过的关于集成电路设计和信号处理的经典书籍。当一个系统在性能上追求极致的时候，往往需要对每一个环节进行精细的分析和优化，而“高性能”这个词就暗示了作者在这方面做了大量的深入研究。我猜测，书中可能会涉及到各种先进的电路拓扑、器件模型和版图设计技巧，以及如何通过仿真工具来验证这些设计的性能。另外，“流水线”的结构本身就蕴含着时间上的并行处理，这对于提高采样速度至关重要，但同时也可能带来级间耦合和延时累积等问题。我非常期待了解作者是如何克服这些挑战，从而实现真正的“高性能”。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我对“数字校准技术”这个部分尤为感兴趣。众所周知，任何模拟电路都不可避免地存在工艺偏差和环境变化带来的误差，ADC也不例外。如果一款高性能ADC仅仅依赖于完美的器件和设计，那它的鲁棒性会非常差，成本也会极高。而数字校准技术，就像是给ADC装上了一个“智能大脑”，能够在电路工作时，通过数字信号的处理来补偿这些模拟误差，从而在复杂的实际环境中也能保持出色的性能。我特别想知道，书中会介绍哪些具体的校准算法？是基于模型的方法，还是自适应的方法？它们是如何在硬件上实现的？涉及到哪些数字信号处理的技巧？我设想，作者可能还会讨论校准的速度、精度以及对ADC整体功耗的影响。总而言之，这一部分的内容，让我看到了理论与实践相结合的魅力，也体会到现代电子系统为了追求极致性能所付出的努力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当沉稳，一看就带着学术研究的严谨气息。虽然我本人在实际操作中接触模数转换器（ADC）的机会不多，更多的是在理论层面理解其概念，但读完这本书的目录和序言，我能感受到作者在这方面付出了巨大的心血。尤其是“高性能”这个词，立刻就吸引了我的注意，这表明作者不仅仅是在探讨ADC的基本原理，更是在深入研究如何将性能推向极致，比如更高的采样率、更低的噪声、更小的失真等等，这些都是衡量ADC好坏的关键指标。而“流水线”的结构，我也知道这是一种在速度和精度之间取得良好平衡的设计方式，在许多高性能应用中都非常常见。我尤其好奇的是，作者会如何详细拆解流水线ADC的每一级，分析每一级带来的误差和损耗，并提出相应的优化方法。毕竟，高性能的背后往往是无数细节的打磨和精妙的设计。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，一本好的技术书籍，不仅仅要讲解“是什么”，更要解释“为什么”和“怎么做”。这本书的标题，特别是“数字校准技术”这几个字，让我对这本书的实用价值充满了期待。我想象中，作者会详细阐述在实际应用中，由于各种不可控因素导致ADC性能下降的问题，然后提供一套切实可行的解决方案。这套解决方案，很可能包含了详细的校准流程、算法的推导过程，甚至是具体的硬件实现建议。对于我而言，理解这些校准技术是如何通过数字域的补偿来弥补模拟域的不足，本身就是一种思维上的提升。我希望这本书能让我对“误差管理”这一概念有更深刻的认识，并为我未来在相关领域的工作提供有价值的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一印象是，它似乎不仅仅是给那些已经深入了解ADC的专家看的，也为那些希望在这个领域有所建树的初学者提供了一个扎实的入门平台。从目录上看，它似乎从ADC的基本概念和原理开始讲起，循序渐进地引入流水线结构的设计思路，然后再深入到高性能的设计挑战和数字校准技术的细节。这种层层递进的结构，对于我这样想要系统性学习的人来说，是非常友好的。我推测，书中可能会用大量的图示和公式来清晰地解释复杂的概念，并且会用一些具体的案例来印证理论的有效性。我尤其期待看到，作者是如何平衡理论的深度和内容的易懂性，让读者能够真正掌握其中的精髓，而不是停留在模糊的认识层面。