4 性能仿真和芯片版图

本电路采用CSMC公司的0.5μm CMOS工艺库，应用Spectre对运算放大器和采样保持电路进行仿真验证，表1为典型条件下(TT(工艺角)，27℃)运算放大器的性能参数。从表中可以看出，运算放大器的性能满足采样保持电路要求。表中：V为电源电压；C_F为负载电容；G为直流增益；GBW为单位增益带宽；ϕ为相位裕度；P_diss抵为功耗。



在采样保持电路的输入端加差分电压1 V，时钟频率为20 MHz，仿真结果表明输出电压达到LSB／2(0.012％)精度内所需要的时间为14 ns，完全满足12 bit的精度要求。

图6是在采样频率为20 MHz下，对由输入信号为Nyquist频率(9.819 3 MHz)，Vp-p=2 V的正弦信号，所得到的输出信号频谱图。从图中可以看出电路的SFDR为76 dB，完全满足系统要求。



图7为运算放大器的版图，面积为288μm×128 μm(包括主电路、辅助放大器、偏置和共模反馈电路)。该运算放大器作为一个核心模块已流片测试。测试结果表明该放大器性能与仿真值相近，功能正确，可用于该采样保持电路中。



5  结论

本文设计了一个可用于12 bit，20 MS／s流水线ADC中的采样／保持电路。该电路使用CSMC公司的0.5μm CMOS工艺库，在20 MS／s采样频率下，当输入信号的频率为9.8193 MHz时，SFDR为76 dB，精度达0.012％，完全满足12 bit要求。本文运用增益增强型折叠式运算放大器，以获得较高的增益和带宽。同时采用栅压自举开关，并通过对电路中的开关组合优化，极大的提高了电路的线性性能；采用全差分结构、底极板采样来消除电荷注入和时钟馈通。该采样保持电路能够直接应用于高速高精度模／数转换器等各种高速模拟系统中。

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