动态可重构噪声整形高效模数转换器关键技术研究

This project will further study on super high-speed reconfigurable time interleaved SAR A/D converter, break through the technologies of high-efficiency dynamic reconfiguration, SNR (Signal-Noise Ratio) improving, channel matching, and propose 6-12bits high-speed time interleaving SAR-Pipeline ADC in 65nm CMOS process. The technologies of split and reconfiguration of capacitor array, digitalized full dynamic amplifier and frequency-power adaptive relevance will be emphatically analyzed to realize the exchange of the idle speed and accuracy and break through the synchronous reconfiguration of sampling frequency and quantify precision of ADC. Based on the analysis of the channel offset and clock deviation, the randomized calibration technique is presented to suppress the error of channel offset and clock deviation. Then analyzing the noise spectrum of ADC, the noise-sharping technique is proposed and optimized to acquire the optimal SNR improving scheme. The implementation of this project will lay the foundation for the development of high-speed TI-ADC and the applications of high performance instrument and communication system.

本项目将深入研究超高速可重构时域交织SAR A/D转换器，突破SAR- Pipeline A/D转换器高效动态可重构技术、信噪比提升技术及通道匹配的设计技术，基于65nm CMOS工艺，实现6-12位超高速多路时域交织SAR- Pipeline A/D转换器。着重分析电容拆分重构、数字化全动态运放设计、频率-功耗自适应技术，实现闲置速率和精度资源的属性转换，突破模数转换器采样速率与量化精度同步重构技术；分析A/D转换器通道间失调、时钟偏差的误差源，提出基于随机化技术的校准技术，实现针对失调、增益、时钟、带宽失配的数字校准算法及可行性电路结构；分析A/D转换器噪声频谱分布，提出噪声谱整形技术，获取高效信噪比提升的最优方案。通过项目的实施，探索并总结先进工艺下高效能动态重构、超高速模数转换及多通道匹配的关键设计技术，为超高速TI-A/D转换器的研发及其在超高速仪器与通信系统中的应用奠定基础。

模数转换器（ADC）是连接自然信号与数字处理系统的桥梁，是电子信息系统的核心卡脖子器件，是集成电路设计领域的研究热点与难点。无线移动通信、物联网与传感器、光传输和光通信、智能传感器等新兴应用领域的快速发展，以及雷达与精确制导、仪器仪表与医学成像等传统应用领域的技术革新，对模数转换器提出了更高的要求与挑战，本项目针对高性能模数转换器面临的低功耗、多场景复用与误差校准等瓶颈，开展了数字化动态运放、可重构电容阵列等关键技术研究，并基于相关技术提出并验证了复合型高能效模数转换器新架构与时域交织误差校准技术。设计了多种低功耗开关时序、异步逻辑电路、高速时钟电路、高速前端采样保持、数字后台校准算法等单元模块电路；完成了7位400MHz SAR A/D转换器、10位600MHz SAR A/D转换器、12位1.5GHz A/D转换器芯片的设计验证。相关研究成果发表相关SCI检索学术论文18篇，申请发明专利16项，其中授权12项，培养博士研究生8名，其中已毕业4名，硕士研究生毕业5名，获得2021年陕西省科学技术一等奖1项，2020年中国电子学会一等奖1项和2022年陕西高等学校科学技术研究优秀成果一等奖。