高速高精度ADC电压基准源设计与分析

"本文主要探讨了高速高精度ADC(模数转换器)中电压基准源的设计，强调了在集成电路小型化和系统集成趋势下，基准源对于模拟电路性能的重要性。文章指出，高速高精度ADC的电压基准源需具备高精度、高速度、低温度系数和高电源抑制比的特点，同时也需要适应低电源电压的需求。文中分析了基准源对流水线ADC精度的具体影响，并建立了一个相应的模型来确定基准源的性能标准。设计中，采用了1.8V的低电源电压，利用VBE非线性二阶补偿带隙基准源电路，实现低温系数。此外，通过一种低噪声两级运算放大器作为箝位运放，确保补偿精度。为了提升电源抑制比，设计了一种额外的电路，使基准源的电源抑制比得到显著提升。文章还讨论了基准源偏移对Pipelined ADC系统性能的影响，特别是对MDAC残差电压变化的不可忽视作用，这可能导致系统转移特性曲线的变化和性能下降。" 在高速高精度ADC中，电压基准源扮演着至关重要的角色，它决定了ADC的精度和稳定性。随着集成电路技术的发展，ADC的性能要求不断提高，这包括更高的采样速率和精度，更低的温度系数以保证在不同温度环境下稳定工作，以及更高的电源抑制比以减少电源波动对转换结果的影响。此外，随着低功耗和便携式设备的普及，ADC的电源电压也趋向于更低，因此，基准源必须能在低电压环境下正常工作。 本文首先介绍了电压基准源在高速高精度ADC中的作用，特别是在流水线ADC结构中的地位，它为子ADC提供比较电平，同时也是MDAC残差电压的来源。基准源的任何偏差都可能直接影响到ADC的转换结果，因此其稳定性至关重要。 为了满足这些要求，作者提出了一个基于1.8V低电源电压的带隙基准源设计方案，采用VBE非线性二阶补偿方法来降低温度系数。这种补偿技术能够确保基准源在宽温范围内保持高精度。同时，为了提高电源抑制比，设计中采用了独特的电路结构，结合共源共栅电流镜技术，提升了基准源对电源电压变化的抑制能力。 文章中还特别提到了基准源偏移对系统性能的影响，尤其是在Pipelined ADC中，基准电压源的偏移不仅影响子ADC的比较电平，还会导致MDAC残差电压的变化，进而影响系统的转移特性，降低系统指标。尽管可以通过冗余位矫正技术减轻比较电平变化的影响，但对MDAC残差电压变化的修正则更为复杂，需要更精细的设计考虑。 本文深入探讨了高速高精度ADC中电压基准源的设计挑战与解决方案，为实际应用提供了理论依据和技术指导，有助于推动高性能ADC的发展。