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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊澤龍
研究生(外文):Ze-long Yang
論文名稱:應用於微刺激系統之電流自我校正八位元逐漸趨近式類比數位轉換器
論文名稱(外文):A 8-bit Successive Approximation A/D Converterwith Self Current Calibration Technique For Micro-Stimulator System
指導教授:李順裕
指導教授(外文):Shuenn-Yuh Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:電機工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:電流自我校正片段電流式數位類比轉換器逐漸趨近式類比數位轉換器
外文關鍵詞:SA ADCDACcurrent modeself-calibration
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本論文主要是設計一個應用於微刺激系統之電流自我校正八位元逐漸趨近式類比數位轉換器。其中,整個類比數位轉換器裡的數位類比轉換器採用了『片段電流式』的架構。
然而,為了數位類比轉換器本身能夠得到更大的輸出範圍及更準的精確度,並且降低數位類比轉換器對於逐漸趨近式類比數位轉換器效能的影響;本論文運用了雙向輸出( Bi-directional )與電流校正( Current calibration ) 兩種技術來改良原先的片段電流式數位類比轉換器,以便更能夠符合整個逐漸趨近式類比數位轉換器的要求。
此數位類比轉換器的效能測試結果如下,INL小於0.35 LSB,DNL小於0.27 LSB。採用此數位類比轉換器來實現一個3V,解析度為8位元,轉換速率為125kHz的逐漸趨近式類比數位轉換器。
整個電路是以TSMC 0.35μm 2P4M 混合訊號製程來實現,效能測試的結果如下,INL小於0.82 LSB,DNL小於0.8 LSB,ENOB為7.74位元,總消耗必v為4.7mW。
A 8-bit successive approximation ADC with current calibration technique is proposed in the thesis for micro-stimulator system . A segmented current mode DAC is used in the SA ADC .
However , in order to get better accuracy and larger output swing for DAC , and reduce the influence on the performance of SA ADC , this thesis improves original segmented current mode DAC by way of bi-directional and current calibration technique that make the DAC conform to the requirements of the SA ADC .
According to the DAC’s experimental result , the INL is smaller than 0.35LSB and the DNL is smaller than 0.27LSB . We use the DAC to implement the SA ADC under the supply voltage of 3V . The resolution and the conversion rate is 8bit and 125KHz respectively .
The SA ADC has been implemented in the TSMC 0.35um 2P4M mixed signal process . The experimental results of the SA ADC are as follows : The INL is smaller than 0.82LSB , the DNL is smaller than 0.8LSB , the effective number of bit (ENOB) is 7.74bit , and the total power consumption is 4.7mW .
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第1章 緒論 1
1.1節 研究動機 1
1.2節 研究目的及方法 4
1.3節 論文架構 4
第2章 類比數位轉換器架構 5
2.1節 類比數位轉換器基本概念 5
2.1.1節 解析度(Resolution) 5
2.1.2節 信號雜訊比 ( Signal to Noise Ratio ) 6
2.1.3節 信號雜訊失真比 ( Signal to Noise + Distortion Ratio ) 7
2.1.4節 位移誤差 (Offset Error) 7
2.1.5節 增益誤差 (Gain Error) 8
2.1.6節 微分非線性誤差 ( Differential Nonlinearity Error) 8
2.1.7節 積分非線性誤差 ( Integral Nonlinearity Error) 9
2.2節 類比數位轉換器各式架構 10
2.2.1節 逐漸趨近式類比數位轉換器 10
2.2.2節 快閃式類比數位轉換器 13
2.2.3節 導管式類比數位轉換器 14
第3章 逐漸趨近式類比數位轉換器電路設計 15
3.1節 逐漸趨近式類比數位轉換器(SA ADC)電路架構 15
3.2節 取樣保持之電路設計 16
3.3節 比較器之電路設計 20
3.4節 漸近暫存式控制器之電路設計 22
3.5節 數位類比轉換器之電路設計 25
3.5.1節 各種應用於SA ADC之數位類比轉換器架構 25
3.5.1.1節 電阻式數位類比轉換器(R-2R Ladders) 25
3.5.1.2節 電容式數位類比轉換器(Charge - Redistribution) 26
3.5.1.3節 電流式數位類比轉換器(Current Mode) 27
3.5.2節 片段電流式數位類比轉換器之電路設計 28
3.5.2.1節 未做自我校正片段電流式數位類比轉換器之電路設計 28
3.5.2.2節 自我校正片段電流式數位類比轉換器之電路設計 40
第4章 電路模擬結果 45
4.1節 取樣保持電路之模擬結果 45
4.2節 比較器之模擬結果 48
4.3節 漸近暫存式控制器之模擬結果 49
4.4節 片段電流式數位類比轉換器之模擬結果 50
4.5節 自我校正片段電流式數位類比轉換器之模擬結果 52
4.6節 未使用自我校正電路之逐漸趨近式類比數位轉換器模擬結果 54
4.6.1節 靜態測試 54
4.6.2節 動態測試 55
4.7節 使用自我校正電路之逐漸趨近式類比數位轉換器模擬結果 56
4.7.1節 靜態測試 56
4.7.2節 動態測試 58
4.8節 效能總結 60
第5章 晶片佈局、量測方法與結果 61
5.1節 晶片佈局 61
5.2節 量測方法 63
5.3節 量測結果 65
第6章 結論與未來方向 70
6.1節 結論 70
6.2節 未來方向 70
參考文獻 71
[ 1 ]Shuenn-Yuh Lee, Shyh-Chyang Lee, and Jia-Jin Jason Chen, “VLSI implementation of wireless bi-directional communication circuits for micro-stimulator”, in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems, Vol. 5, pp. 57-60, May 2003.
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