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Simulink环境下SAR ADC行为建模及仿真分析

Simulink环境下SAR ADC行为建模及仿真分析 　　摘 要： 逐次逼近型模/数转换器由于电路复杂度较低，且功耗和速度等性能可以随着集成电路工艺的进步而不断提升，在高速、高精度ADC?O计中被广泛应用。借助Matlab软件环境下的Simulink工具，该文以14位SAR ADC为例给出了电路的行为级建模方法，分析了SAR ADC采样频率、输入信号频率以及内部时钟之间的关系，充分讨论了Simulink下各模块的具体实现并给出了仿真结果。该分析为SAR ADC的晶体管极电路设计与实现提供了重要参考依据

关键词： 模/数转换器； 逐次逼近型结构； 行为级建模； Simulink

中图分类号： TN911?34； TN492 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X(2017)06?0136?04

Abstract： The analog?to?digital converter (ADC) of the successive approximation register (SAR) has been widely used in the design of the high?speed and high?precision ADC because its circuit complexity is low， and its performances such as power dissipation and speed can be constantly improved with the improvement of the integrated circuit technique. By virtue of the Simulink tool under Matlab software environment， the 14?bit SAR ADC is taken as an example to give the behavior modeling method of the circuit， and the relationship among the sampling frequency， input signal frequency and internal clock of SAR ADC is analyzed. Each module implemented with Simulink is discussed， and the simulation results are given. The simulation analysis provides an important reference for the design and implementation of the transistor circuit of SAR ADC.

Keywords： ADC； successive approximation register； behavioral modeling； Simulink

近年来电子技术发展迅猛，随处可见的电子产品不仅使人们的日常生活变得更加便捷，还丰富了人们的娱乐生活。模/数转换器(Analog?to?Digital Converter，ADC)作为连接数字世界和模拟世界的桥梁，是现代电子信息系统中必不可少的一个重要电路单元[1?2]。目前常用的ADC有全并行结构(FLASH)、分级型结构(Subranging)、流水线结构(Pipeline)、折叠插值型结构(Folding and Interpolating)、∑?Δ型结构和逐次逼近型结构(SAR： Successive Approximation Register)等实现方式[3?4]。其中，SAR ADC由于电路复杂度较低，且功耗和速度等性能随着集成电路工艺的进步而不断提升，在高速、高精度ADC设计中被广泛应用[5?8]

尽管SAR ADC的电路结构相对简单，但却有多种不同的晶体管级实现方法[9?10]。深刻掌握该电路的工作原理，及其采用、量化以及编码这一工作流程，对晶体管级的实现将起到事半功倍的作用。本文借助Matlab软件环境下的Simulink工具完成了一个14位SAR ADC的行为级建模，在分析SAR ADC采样频率、输入信号频率以及内部时钟之间关系的基础上详细仿真分析了电路的工作原理和各模块间的工作流程，具体介绍如下

1 SAR ADC工作原理分析与建模

本文设计的14位SAR ADC系统结构如图1所示，它主要包括采样保持电路(Sample and Hold)、比较器电路(Operator)、逐次逼近寄存器(SAR Logic)以及数/模转换电路(DAC)四个单元模