2016黑龙江大学数模混合报告

逐次逼近寄存器型ADC设计报告课程名称：数模混合集成电路设计

专业（年级）：集成电路设计与集成系统（13）组员（学号）：

提交日期：2016/11/25

一、课程设计参数要求:

设计一个8 bit逐次逼近寄存器型模数转换器SAR ADC

二、基本结构及原理：

1. 逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）整体结构：

2. 逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）工作原理：

SAR ADC其基本结构如图1所示，包括采样保持电路(S/H)、比较器(COMPARE)、数/模转换器(DAC)、逐次逼近寄存器(SAR REGISTER)和逻辑控制单元(SAR LOGIC)。模拟输入电压V IN由采样保持电路采样并保持，为实现二进制搜索算法，首先由SAR LOGIC控制N位寄存器设置在中间刻度，即令最高有效位MSB 为“1”电平而其余位均为“0”电平，此时数字模拟转换器DAC输出电压V DAC为0.5V REF，其中V REF为提供给ADC的基准电压。由比较器对V IN和V DAC进行比较，若V IN>V DAC，则比较器输出“1”电平，N位寄存器的MSB保持“1”电平；反之，若V IN

“1”，其余位置“0”，进行下一次比较，直至最低有效位LSB比较完毕。整个过程结束，即完成了一次模拟量到数字量的转换，N位转换结果存储在寄存器内，并由此最终输出所转化模拟量的数字码。

三、课程设计的内容要求：

1．组员分工：要求分工内容明确合理，体现工作量

2. 各模拟子模块设计内容要求：详实完整，结果准确

（1）给出电路结构原理图（Sedit），并进行工作原理的描述

（2）根据设计要求，运用理论公式进行理论计算，初步确定电路参数

（3）给出各模块完整的仿真网表(Spice)

（4）给出对应的仿真结果图，并对结果图中所显示的功能或结果数值进行分析说明（5）给出对应模块的版图(Ledit)，要求在版图中标出该模块与外界连接的各端口名称，并用标尺标出版图尺寸值，计算该模块的版图面积

3. 数字子模块设计内容要求：详实完整，结果准确

（1）给出Verilog网表（包括测试模块和调用模块两个网表）

（2）给出仿真结果图，并对结果图中所显示的功能或结果数值进行详细说明

4. 结论要求：对整体工作进行总结，对所做课题结果进行说明，给出各设计指标是

否满足设计要求，电路功能是否实现，给出整体电路的功耗、面积值；

对设计过程中存在的问题和不足进行说明

5. 参考文献要求：要求查阅中、英文文献不少于10篇，英文文献需占40%左右

参考文献书写格式如下：

[1] 文章名，作者，文章发表的期刊名，期刊的卷号、期号，所参考的页数文章

发表时间。（要求所查文献为近五年内的文章）

[2] 书名，作者，出版社，出版时间，所参考的页数。

提示：最终提交报告用A4纸打印，每组提交一份，页数20页左右

逐次逼近寄存器型ADC设计报告一、组员分工：

序号组员承担工作

1 都长鑫运算放大器模块，DAC模块，比较器，两相不交叠始终产生模块的原理图绘制，理论计算，参数调整以及总体报告的信息汇总

2 陈列数字模块SAR logic基于modelsim软件代码的编写及优化

3 全旭S/H采样保持电路模块的原理图绘制，理论计算及参数调整，S/H的版图绘制

4 蒋恩红所有模拟模块部分的版图绘制及管子宽长比的摆放

二、小组设计报告内容：

模块1：运算放大器

1.电路结构

运放电路图

2. 工作原理：

本次试验中使用的为一种两级运算放大器，其中第一级与第二级之间闭环。第一级使用以电流源为负载的差分输入，同时使用到了电流镜做偏置，第二级使用的是以电流漏做负载的共源单级放大器。电路中M5管为差分管提供足够的尾电流，使其能够偏置在饱和区，第一级为运放提供高增益，第二级为运放提供足够的电压摆幅， MB2管与M5管组成电流镜结构，并为其提供偏置电流，MB1是二极管连接形式的 pmos

3. 理论计算：

由工艺库文件得：V DD =2.5V 、V OUT 范围=0-2V 、ICMR=0-2V 、C C SR I ⋅=5、 假设I 5=30μA ;

[]

1.1522

(min)

1)max (3)max ('34

3=+--==T TO IN V V V VDD K I L W L W ）（）（

0.321

'2

1

21==⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛I K g L W L W N m ()51.4225'

5525==⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛DS b V K I L W L W 20133915 20133891 20133889 20134966

()946'

666=⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛饱和DS m V K g L W ()2.14/5567

=⋅=⎪

⎭⎫ ⎝⎛I L W I L W

()122

2'251==⎪⎭⎫

⎝⎛DSb b b V K I L W C L =2pF ；C C =5pF

仿真及调试的实际管子宽长比

4. 仿真网表： 整体网表：

* Main circuit: AMP .lib 'mix025_1.l' tt vdd VDD GND dc 2.5 Cc N2 out 5pF Cl out Gnd 2pF

m1 N1 vinn N4 N4 nch L=2u w=6u m2 N2 vinp N4 N4 nch L=2u w=6u m3 N1 N1 VDD VDD pch L=2u w=30u m4 N2 N1 VDD VDD pch L=2u w=30u m5 N4 N3 GND GND nch L=2u w=9u m6 out N2 VDD VDD pch L=1u w=94u m7 out N3 GND GND nch L=2u w=28u mb1 N3 N3 VDD VDD pch L=2u w=2u mb2 N3 N3 GND GND nch L=2u w=9u .end 直流仿真：