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　　第一版芯片测试结果及分析

　　第一版芯片测试结果及分析

　　在输入信号频率为2.41MHz，幅度接近2Vp-p时，采样率从15.5MHz增加到100MHz，ADC的SNDR和SFDR分别大于57.9dB和68.9dB。另外测得该芯片的DNL为-1.0/+0.2LSB，INL为-5.0/+5.0LSB。

　　如图3中(a)和(c)是在30MHz采样率、2.41MHz输入信号下测得的INL和FFT曲线。INL为-5.0/+5.0LSB，SFDR为68.9dB，SNDR为58.4dB。无论是动态性能还是静态性能，对于一个12bit的ADC来说这个结果显然不能令人满意。通过观察静态特性曲线，可以发现曲线很有规律，每隔256个码就会出现一个拐点，这是因为每隔256点就出现失码现象，共有14处失码，与ADC第一级3.5bit传输曲线的折线位置重合，故推断可能是第一级电路出了问题。

　　通过对版图的仔细分析，发现版图中存在一个严重的问题。如图4所示的参考电压产生电路，Vrp和Vrn的缓冲电路(buer)采用的是开漏结构的两级运放，在Vrp和Vrn的缓冲器之间串联了一组电阻用来产生第1级电路中3.5位flash ADC所需的14个比较电平。如果不考虑寄生电阻，节点1和2是重合的，第一级的参考电压VRP’和其它各级的参考电压VRP相等，VRN和VRN’也是如此。但是由于导线都会有电阻，所以实际情况是节点1和2之间，3和4之间有寄生电阻Rp，而Vrp和Vrn的驱动电路均是开漏结构，在节点1到节点4之间存在静态电流Idrop，这个电流流过Rp就造成了节点1和2之间的压差：

　　节点3和4之间的情况与之一样。经过估算Rp的值大约为8.5Ω，而Idrop约为0.76mA，所以V为6.5mV。在画版图时，没有考虑寄生电阻的影响，给第1级级电路DAC用的参考电压直接就近从节点2和3引出，因此造成了第1级的参考电压VRP’和VRN’与后面各级的参考电压VRP和VRN存在V的差值，因此，第一级电路的参考电压为：

　　后面各级电路的参考电压为：

　　由于第1级电路的参考电压比其它各级都小，ADC出现失码现象。为了进一步分析第1级参考电压偏小会对ADC静态特性和动态特性产生多大的影响，我们用Matlab来行为级建模仿真，并与30MHz采样率下的INL、SFDR和SNDR做对比。

　　建模主要基于如下两个前提：

　　(1)第1级的参考电压为：Vref’=0.987V

　　其它各级的参考电压为：Vref=1V

　　(2)不考虑噪声、失配、运放有限增益和有限带宽等非理想因素。

　　如图3中的(b)和(d)所示为ADC行为级仿真结果。行为级仿真的INL为-4.2/+4.4 LSB，SFDR为65dB，SNDR为59.2dB。由图可知仿真结果很好得再现了实际测试结果，第1级参考电压偏小不仅加重了ADC的奇次谐波失真，也造成了很大的偶次失真。综合来说，第1级参考电压的偏小会对ADC静态特性和动态特性造成很大的影响，通过模拟仿真较好地解释了实测时ADC静态特性和动态特性很差的原因。

关键词： 流水线ADC 参考电路 寄生电阻 201009