用于SAR ADC的低功耗数模转换器设计

采用Global Foundries 0.18 μm工艺,设计了一种适用于12位SAR ADC的低功耗数模转换器。分析了提高分辨率对传统DAC结构功耗、面积的影响。通过采用电容串联与set-down开关策略,使DAC总电容值仅为传统结构的1/4,开关功耗降低为传统结构的9.4%。版图设计以中心对称为原则,低位电容靠近开关电路,降低了工艺、寄生参数对电容阵列的影响。仿真结果表明,DNL＝－0.05～+0.45 LSB,INL＝－0.3～+0.5 LSB,符合12位DAC的设计要求。     

一种可校正的12位C2C电容阵列混合结构SAR ADC

提出了一种可校正的12位C2C电容阵列混合结构逐次逼近型模数转换器(SAR ADC),其数模转换器(DAC)由低6位分裂式C2C DAC阵列与高6位二进制DAC阵列构成。提出的混合结构DAC既解决了中高精度二进制SAR ADC中总电容过大的问题,又避免了分段式二进制DAC分数值桥接电容无法与单位电容形成匹配的问题。该结构能显著降低整个ADC的动态功耗。此外,将高位终端电容和低2~6位量化电容拆分成相等的两个电容,引入冗余量,使得该ADC的电容权重可以被校准,降低了电容失配以及寄生电容的影响。最后,为了避免电容上极板复位信号因电容阵列容值大而导致的延时偏大问题,采用高6位DAC采样的方式,并在高6位DAC中引入单位电容大小的终端电容,弥补了参考电压区间不完整的缺陷。仿真结果显示,在1.5 V电压下,该ADC总体功耗仅为111.84 μW,ENOB为12.49位,SFDR为91.46 dB,SNDR为76.97 dB。     

用于BAN的自校准SAR ADC设计

基于SMIC 0.18 μm CMOS混合信号工艺,设计了一种适用于体局域网(BAN)的自校准逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。基于BAN系统的特点,设计的SAR ADC采用阻容混合型主数模转换器(DAC)及电容型校准DAC等结构。采用误差自校准技术来校准SAR ADC的阻容混合型主DAC的高5位电容失配误差,有效降低了SAR ADC非线性误差。仿真结果表明,自校准SAR ADC获得了±0.3 LSB微分非线性、±1 LSB积分非线性、82.2 dB信噪比等性能特性。设计的SAR ADC具有良好的性能,适合于BAN系统。     

一种用于14 bit SAR ADC的DAC设计

本文设计了用于14bit逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）的DAC电路。针对该DAC,介绍一种全差分分段电容阵列结构以缩小DAC的版图面积;高二位权电容采用热码控制,用以改善高位电容在转换时跳变的尖峰以及DAC的单调性;对电容阵列采用数字校准技术,减小电容阵列存在的失配,以提高SAR ADC精度。校准前,SAR ADC的INL达到10LSB,DNL达到4LSB;与校准前相比,校准后,INL〈0.5LSB,DNL〈0.6LSB。仿真结果表明,本DAC设计极大改善SAR ADC的性能,已达到设计要求。     

一种SAR ADC电容失配自测量与数字校准技术

为了解决高分辨率逐次逼近模数转换器(SAR ADC)中,电容式数模转换器(DAC)的电容失配导致精度下降的问题,提出了一种电容失配自测量方法,以及一种可适用于各种差分电容DAC设计的低复杂度的前台数字校准方法。该方法利用自身电容阵列及比较器完成位电容失配测量,基于电容失配的转换曲线分析,对每一位输出的权重进行修正,得到实际DAC电容大小对应的正确权重,完成数字校准。数模混合电路仿真结果表明,引入电容失配的16位SAR ADC,经该方法校准后,有效位数由10.74 bit提高到15.38 bit。     

一种基于65 nm CMOS工艺的10位10 MS/s SAR ADC

基于SMIC 65 nm CMOS工艺,设计了一种10位10 MS/s逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。采用全差分的R-C组合式DAC网络结构进行设计,提高了共模噪声抑制能力和转换精度。与全电容结构相比,R-C组合式DAC网络结构有效减小了版图面积。DAC中各开关的导通采用对称的开关时序,使比较器差分输入的共模电平保持为固定值,降低了比较器的失调电压,提高了ADC的线性度。在2.5 V模拟电源电压和1.2 V数字电源电压下,使用Spectre进行仿真验证,测得DNL为0.5 LSB,INL为0.8 LSB;在输入信号频率为4.990 2 MHz,采样频率为10 MHz的条件下,测得电路的有效位数为9.63位,FOM为0.04 pJ/conv。     

一种采用电阻串复用结构的12位SAR ADC

针对带数字校准功能的逐次逼近模/数转换器(SAR ADC),提出将主DAC、校准DAC和基准电压产生电路的电阻串进行复用,从而显著减少了芯片面积,降低了功耗。相比6+6两段电容结构DAC,采用电阻电容混合结构的主DAC和校准DAC节约了37%的版图面积。在0.18μm CMOS工艺下,通过Hspice仿真,SAR ADC的DNL和INL均小于0.4LSB,SNR为75dB。系统正常工作时,总功耗为3.1mW,比不采用电阻串复用的结构减少0.9mW。     

用于触摸屏控制电路的低功耗模数转换器设计

为了降低触摸屏控制电路的功耗,本文提出了一种低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。对该SAR ADC所采用的电容阵列数模转换器(DAC)、比较器和逐次逼近寄存器等进行了研究与设计。首先,基于两级并串耦合电容设计电容阵列DAC结构,并设计配套的参考电平转换方案。接着,设计两级全动态比较器,并分析比较器的工作原理。然后,基于动态逻辑设计低功耗低误码逐次逼近寄存器。最后,基于180nm CMOS工艺,在1V电源电压,200kHz采样频率和96.243kHz输入频率条件下对SAR ADC进行了仿真。仿真结果表明:积分非线性误差(INL)和微分非线性误差(DNL)分别为0.222/-0.203LSB和0.231/-0.184LSB,无杂散动态范围(SFDR)为76.56dB,信噪失真比(SNDR)为61.50dB,有效位(ENOB)为9.92位,功耗为0.464μW,品质因素(FOM)值为2.4fJ/Conv.-step。本文设计的低功耗SAR ADC满足触摸屏控制电路应用要求。     

一种带二进制校正的10位100 MS/s SAR ADC

基于SMIC 65 nm CMOS工艺,设计了一种带二进制校正的10位100 MS/s逐次逼近型模数转换器(SAR ADC),主要由自举开关、低噪声动态比较器、电容型数模转换器(C-DAC)、异步SAR逻辑以及数字纠错电路组成。电容型数模转换器采用带2位补偿电容的拆分单调电容转换方案,通过增加2位补偿电容,克服了电容型数模转换器在短时间内建立不稳定和动态比较器失调电压大的问题,使SAR ADC的性能更加稳定。数字纠错电路将每次转换输出的12位冗余码转换成10位的二进制码。使用Spectre进行前仿真验证,使用Virtuoso进行版图设计,后仿真结果表明,当电源电压为1.2 V、采样率为100 MS/s、输入信号为49.903 MHz时,该ADC的SNDR达到58.1 dB,而功耗仅为1.3 mW。     

应用于可穿戴式设备的超低功耗SAR ADC研究与设计

针对便携式可穿戴移动设备的低功耗要求,提出了一种超低功耗逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC）。所提出的SAR ADC在数模转换器（DAC）电容阵列中设计了改进型电容拆分电路来降低系统的功耗和面积;并采用双尾电流型动态比较器架构降低比较器功耗。采用0.18μm CMOS工艺对所提出的SAR ADC进行设计并流片。测试结果表明在1.8V供电电压,采样率为50kHz的条件下,其有效位数为9.083位,功耗仅为1.5μW,优值55.3fJ,所设计的ADC适合于可穿戴式设备的低功耗应用。