13bit pipeline ADC只有50dB，请问如何提高？

设计了一个13bit 10MHz的pipeline ADC，基本结构是全差分，SHA+2.5MDAC*2+1.5MDAC*7+2FLASH
在1MHz和10MHz采样时钟下，正弦输入和梯度输入的数字输出功能都正常，
SHA的SFDR是120dB，但是整个13bit的ADC的SFDR只有50dB（1MHz CLK下），请问可能是哪里出了问题?
VREF参考电平，在1个clk内波动0.1mV左右，VREF+和VREF-是对称波动，请问这个会不会对SFDR有影响?
SFDR仿真是用1MHz*3/64的差分正弦输入，1MHz时钟采样64个点，然后dft作图
SHA的SFDR仿真结果如下图

13bit ADC对正弦输入的输出结果如下图（14bit 理想DAC差分转换后）

对上图做DFT，得到13bit ADC的SFDR如下图，只有50dB

你这是仿真结果还是测试结果?
如果你怀疑Vref带来的影响，你可以在仿真中使用理想源替代然后观察结果。
想问一下你目前结构中vref会不会输出到pin端?

    是仿真结果，VREF会外接的，通过带隙基准和单增益跟随器生成电压，然后外接1uF电容稳定用。这样做合理吗?
    仿真时发现，VREF+生成电路可以到3.5V，但是接到ADC上后，就只有1.7V然后花很长时间慢慢上升，于是我在仿真时通过initial node setting 把VREF+强制设定在3.5V，另外两个对电平敏感的参考电平也一样的方法处理。

你的信号路径上的开关的SFDR是多少?

    貌似你的Vref驱动能力很弱啊?你要检查一下。
    建议还是用理想源替换先仿一下，看看影响有多大。

    谢谢，我想可能是因为我加了1uF的负载电容，所以带宽很小，大概只有几个Hz。
    按照您的建议，换成了理想的直流偏置参考电压，做了仿真，还是只有50dB。
    请问，有没有可能是开关的沟道电荷注入效应引起的?
    Vin+和Vin-的电平不一样，所以沟道电荷注入效应引起的偏差电压大小不一样，于是会引入杂波

    谢谢提醒，我开始的采样开关的尺寸是PMOS: 100u/0.6u和NMOS: 50u/0.6u，仿真开关的SFDR只有50dB，把尺寸改为了PMOS: 4u/0.6u和NMOS: 2u/0.6u，开关的SFDR提高到了90dB，推测是不是因为尺寸增大后，沟道电荷注入效应引起的误差电压增大，SFDR减小。把开关修改后，虽然开关的SFDR提高了，但是13bit ADC的SFDR仍然只有50dB，请问有可能是什么原因?
另外第三个图是我的2.5bit 的MDAC的电路图，请问结构有问题吗?
图1 修改前开关的SFDR

图2 修改后开关的SFDR

2.5bit MDAC的结构图

    我看了你发的那个13bit ADC的输出转化成的模拟波形，我觉得有问题，台阶太少了，根本不像是13bit的结果。按照那个图的表示能有个50dB的SNDR就已经不错了。你再去确认一下这个转换的过程是否正确。

    台阶少会影响SNDR，但是基本不会影响SFDR

    谢谢，为提高采样密度减小采样台阶，1024次采样我也试过，SFDR的结果和64次采样相比，没有区别
    所以，为了节省仿真时间，我现在用的是64次采样.

    请留意小编提供的第三张图，里面不仅仅是谐波差，噪声也差。这就是我想表达的问题。

    你好，小编。从电路图上看信号通路上的开关并不是采用的bootstrap类型的开关。你可以搜一下关于bootsrap的开关文献看一下。建议信号路径上的开关先用理想的开关试一下。不管怎样信号路径上的开关是需要bootstrap类型的。

    小编你好，你的MDAC的结构好像和一般的结构不太一样。单端四个电容的公共端应该接到运算放大器的输入端。

    小编能否把自己的MDAC的原理图画一下。从我的经验来看是原理图的结构有问题。

    谢谢提醒，我第一次做ADC，在SHA里的信号采样开关用的是bootstrap，MDAC的信号采样开关用的是普通的CMOS开关，我试试您的建议，按下图所示，把所有2.5bit和1.5bit的MDAC的Cs的采样开关换成bootstrap。
   

    我的电路图里，Cs和Cint的底板接的是运放的输入端，我把运放的位置放到旁边去了，连线用的是相同的标名，它们是连到一起的。

    谢谢您的建议，我先把MDAC的信号采样开关换成bootstrap开关，仿真仔细检查一下MDAC的结构

luguo,xuexiyixia

    我的2.5bit MDAC结构如下图，圆圈的开关是bootstrap结构，红色时钟是CLK2，蓝色是CLK1，黄色和浅蓝色分别是CLK1pp和CLK1p， 我的正弦和斜坡输入信号的仿真结果基本正常，但是SFDR还是只有50dB，请问是我的结构有问题吗?（第一图是正确的，第二个图输出有错误，没有接vcm，删不掉，）
   

    请问噪声差有可能是什么原因?

    看了小编的MDAC的结构了。没有问题。

    仿真斜坡发现，ADC的输出小于输入信号，如下图所示

我的ADC的bit分配是2+2+1+1+1+1+1+1+1+1+1，其中2.5bit MDAC用的是gainboost op，增益是125dB，带宽85MHz，PM=98度
1.5bit MDAC用的是普通的折叠共源共栅，增益是70dB，带宽100MHz，PM=78度
请问我的1.5bit MDAC的增益够不够用（特别是第三个），是不是因为增益不够导致输出码较小，从而导致SFDR只有50dB?

    从斜坡输入不太能确定是否是运放增益过低的原因。可以仿一下第一级2.5B的传输曲线（就是那种分为七段的折线），与理想的传输曲线对比，看看实际的曲线的斜率是否是4。如果是4的话运放的增益和寄生电容的影响就可以排除了。建议尝试一下。

    谢谢，确实是2.5bit MDAC没有设计好，修改之后仿真结果正常，输出和输入保持一致，如下图

修改后做了SFDR仿真，CLK选择1MHz，输入信号选择1M*5/128的差分对称正弦，采样128个点，做了DFT之后，如下图，SFDR为75dB，比修改前的64次采样多了15dB，还是偏小，是不是和采样点的数量有关系?

    SHA的SFDR有120db，整体75db，建议只将SHA和第一级串联起来，剩下的用11bit理想ADC。仿仿看是多少的SFDR，定位是第几级MDAC 出了问题。13bit的ADC至少要达到80db以上的SFDR。

    谢谢，我按照这个方法试一试。
昨天按照1024次采样，仿真得到SFDR结果如下图。在DC 0Hz处有个峰，如果剔除这个峰，那么就有95dB。

看来问题解决了，恭喜

恭喜啊

看每一级的建立时间是否充分，以及仿真时仿真精度maxstep要至少小于1/100时钟周期。

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