基于数字自校准的14位SAR ADC的设计

为了降低电容型模数转换器（ADC）中的电容失配带来的非线性影响,提出了一种基于复用低位电容自校准的逐次逼近型（SAR）ADC电路结构,利用低位电容转化高位电容失配引起的误差电压,实现高位电容失配校准。在55 nm CMOS工艺下实现了该ADC结构。该结构ADC工作过程为失调误差提取与正常转换两阶段,失调误差提取阶段中利用低位电容将高位电容失配产生的误差电压转换为误差码并存储,将误差码与正常转化数字码求和得到最终的数字输出,实现电容失配自校准。为了提高ADC采样速率,该结构通过分段结构将电容阵列分为三段降低了单位电容数量。仿真结果表明,在1.2V电源电压,80 MSPS采样速率下,引入电容失配后电路功耗为3.72 m W,有效位数为13.45 bit,信噪失真比（SNDR）为82.75 dB,相比未校准分别提高4.41 bit,26.58 dB。     

基于亚稳态检测的SAR ADC电容失配校准算法

随着工艺进程的不断推进,逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的电容失配对整体电路的速度和精度影响越来越大。针对SAR ADC中电容失配的问题,提出一种基于亚稳态检测的SAR ADC电容失配校准算法,在不增加模拟电路时序复杂度的情况下,有效地解决了电容失配导致的SAR ADC精度不足问题。将该算法运用于12 bit 150 MS/s SAR ADC中,模拟结果表明,有效位数(Enob)可以达到11.93 bit,无杂散动态范围(SFDR)达到92.66 dB。     

一种12位1 MS/s数字自校准SAR ADC

设计了一种12位1 MS/s单端结构的自校准逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。采用串联三段式7位校准DAC阵列结构来校准高6位误差电压,减小了面积,扩大了校准范围。将校准DAC的初始态接为中间态,简化了校准逻辑控制过程。采用“双寄存器”预判的方式,提高了回补校准码的效率。在电源电压为3.3 V、转换速率为1 MS/s的条件下,进行了仿真验证。结果表明,该SAR ADC校准后,SNDR从校准前的49.2 dB提升到71 dB,DNL、INL分别从校准前的-1 LSB /+21.250 LSB、-17.398 LSB /+10.152 LSB减小到-0.25 LSB /+0.5 LSB、-1.048 LSB /+0.792 LSB。     

一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法

对于流水线模数转换器(ADC),电容失配是一种主要的非线性误差源.为了减小电容失配误差,提出了一种电容失配校准的方法.该方法通过一种电荷相加、电容交换和电荷反转移的电路技术,可将电容失配误差减小至其2次项.基于所提出的方法,设计了一种0.6μm CMOS,13b,2MS/s的流水线ADC实验芯片.对所设计的实验芯片进行测试,得到了0.5LSB的DNL和2.5LSB的INL,并且当以614kHz的采样率对19.2kHz的输入进行转换时,得到了71.2dB的SFDR和64.1dB的SNDR,当以2MHz的采样率对125kHz的输入进行转换时,得到了70.6dB的SFDR和62.22dB的SNDR以上结果表明,ADC得到了超出电容匹配精度的线性度,证明了所采用的电容失配校准方法的有效性.     

一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法

对于流水线模数转换器(ADC),电容失配是一种主要的非线性误差源. 为了减小电容失配误差,提出了一种电容失配校准的方法. 该方法通过一种电荷相加、电容交换和电荷反转移的电路技术,可将电容失配误差减小至其2次项. 基于所提出的方法,设计了一种0.6μm CMOS,13b, 2MS/s的流水线ADC实验芯片. 对所设计的实验芯片进行测试,得到了0.5LSB的DNL和2.5LSB的INL,并且当以614kHz的采样率对19.2kHz的输入进行转换时,得到了71.2dB的SFDR和64.1dB的SNDR,当以2MHz的采样率对125kHz的输入进行转换时,得到了70.6dB的SFDR和62.22dB的SNDR. 以上结果表明,ADC得到了超出电容匹配精度的线性度,证明了所采用的电容失配校准方法的有效性.     

高精度SAR ADC电容阵列设计及校准算法

在高精度逐次逼近寄存器模数转换器(SAR ADC)中,电容阵列是SAR ADC的核心之一。电容阵列中的电容失配问题是导致转换精度降低的一个重要原因。为了尽可能改善这一问题,设计了一种6+6+6分段电容阵列,并且基于这种阵列设计了权重迭代算法的前台数字校准。该方法不需要额外的电容阵列,利用自身的电容阵列与比较器量化出电容失配,计算出每一位输出码的权重校准系数,用来对正常量化出的输出码进行编码,实现校准功能。仿真结果表明,引入电容失配的18 bit SAR ADC经过该算法校准后,信噪比(SNR)从77.6 dB提升到107.6 dB,无杂散动态范围(SFDR)从89.8 dB提升到125.6 dB,有效位数(ENOB)从12.54 bit提升到17.54 bit。在SMIC 0.18μm工艺下,该校准算法对高精度SAR ADC的动态性能具有较大提升。     

高速高精度SAR ADC电容电压系数校正

基于XFAB工艺参数,设计了一种不受电容电压系数影响的高速高精度SAR ADC。在理论上定性分析了电容电压系数对高速高精度SAR ADC的影响,并使用Matlab进行定量分析。分析结果表明,1阶与2阶电容电压系数对ADC性能的影响具有不同的特点。针对1阶电容电压系数,使用改进的分裂电容结构进行消除;针对2阶电容电压系数,使用分段数字补偿来进行校正。校正完成以后,电容电压系数引起的非线性误差可以从±11.7 LSB降到±0.5 LSB以下,无杂散动态范围可以提高10 dB以上。     

时间交织ADC时间失配后台数字校准算法

提出了一种数字后台校准算法,用于校准时间交织模数转换器(Time-Interleaved Analog-to-Digital Converter,TIADC)的时间失配误差。该算法是基于对输入信号统计的思想,在后台通过分析输入信号的统计特性获得误差信息,再反馈到多相时钟产生器,形成反馈环路,达到校准的目的。该算法硬件消耗小,对输入信号的频率没有限制,可以扩展到任意通道数。对于一个8通道12位TIADC,当输入信号频率fin/fs = 0.487时,MATLAB仿真结果表明,采用该算法校准后,SNR从校准前的33.8 dB提高到74.0 dB,证明了该校准算法的有效性。     

一种差分结构SAR ADC的数字校准算法

介绍了一种适用于差分结构逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）的数字校准算法,并在MATLAB平台上搭建了16位SAR ADC的行为级模型对其进行验证。设计的主DAC采用两段式加差分结构电容阵列,从而大幅度缩小了电路面积。在自校准算法的基础上,提出了一种高精度校准DAC的设计方法,此方法可以量化出极小的误差电压,并具备差分结构的校准功能。经电路验证,校准DAC的量程能达到-6.97mV～6.97mV,精度能达到27.4uV,最终的测试结果表明,ADC的有效位可达到14.92位。     

一种基于扰动的SAR ADC数字校准算法

为了减少分段式电容阵列ADC中分段电容引起的电容失配效应对转换精度的影响,采用最小均方根(LMS)迭代方法,实现了一种基于扰动的逐次逼近型(SAR)ADC数字前台校准算法。对同一个模拟输入信号先后加入作为扰动的模拟失调电压+Δd和-Δd,依次进行量化。使用LMS对两次量化结果进行加权迭代,得到最佳权重,实现了对ADC的校准。针对电容失配效应、寄生电容效应的影响,搭建了14位SAR ADC数模混合仿真验证系统。仿真结果表明,该校准算法将系统的无杂散动态范围(SFDR)从62.6 dB提升到87.7 dB。     

一种用于16位流水线ADC的多比特子DAC电容失配校准方法

多比特子DAC的电容失配误差在流水线AIX:输出中引入非线性误差,不仅严重降低AEK、转换精腰.而且通常的校准技术无法对非线性误差进行校准.针对这种情况,本文提出了一种用于16位流水线ADC的多比特子DAC电容失配校准方法.该设计误差提取方案在流片后测试得到电容失配误差.进而计算不同输入情况下电容失配导致的MDAC输出误差,根据后级的误差补偿电路将误差转换为卡乏准码并存储在芯片中,对电容失配导致的流水级输出误差进行校准.仿真结果表明.卡《准后信噪失真比SINAD为93.34 dB.无杂散动态范围SFDR为117.86 dB,有效精度EN()B从12.63 bit提高到15.26 bit.     

一种前后台结合的SAR ADC的校准算法

提出了一种数字前台校准技术,即电容重组技术,并将该技术与LMS数字后台校准技术相结合,提高了LMS算法的收敛速度。提出的算法使用RC混合结构的14位SAR ADC进行建模。仿真结果表明,LMS算法的收敛速度可以提高到1 k个转换周期内,同时校准后ADC的ENOB平均值从10.59 bit提高到13.79 bit。SFDR平均值从71.33 dB提高到112.93 dB,DNL最大值的平均值从1.88 LSB提高到0.97 LSB。INL最大值的平均值从8.01 LSB提高到0.88 LSB。     

一种基于统计的流水线ADC数字后台校准方法

高精度流水线ADC的设计需要校准技术来提高其转换精度.基于统计的数字后台校准方法无需校准信号,直接通过对输出的统计得到误差值的大小,将其从数字输出中移除从而消除了ADC输出非线性.将该校准方法应用于14bit流水线ADC中,仿真结果表明校准后信噪失真比SNR为76.9dB,无杂散动态范围SFDR为73.9dB,有效精度ENOB从9bit提高到12.5bit.     

基于分段电容阵列的改进型逐次逼近型ADC

为缩短高速模数转换器(ADC)中高位(MSB)电容建立时间以及减小功耗,提出了一种基于分段式电容阵列的改进型逐次逼近型(SAR)ADC结构,通过翻转小电容阵列代替翻转大电容阵列以产生高位数字码,并利用180 nm CMOS工艺实现和验证了此ADC结构。该结构一方面可以缩短产生高位数码字过程中的转换时间,提高量化速度;另一方面其可以延长大电容的稳定时间,减小参考电压的负载。通过缩小比较器输入对管的面积以减小寄生电容带来的误差,提升高位数字码的准确度。同时,利用一次性校准技术减小比较器的失配电压。最终,采用180 nm CMOS工艺实现该10 bit SAR ADC,以验证该改进型结构。结果表明,在1.8 V电源电压、780μW功耗、有电路噪声和电容失配情况下,该改进型SAR ADC得到了58.0 dB的信噪失真比(SNDR)。     

一种应用于高精度SAR ADC校准的剪枝神经网络算法

介绍了一种基于剪枝神经网络的后台校准算法,能够对高精度单通道SAR ADC的电容失配、偏移、增益等多个非理想因素同时进行校准,有效提高SAR ADC的精度。本算法不仅可以达到全连接神经网络校准效果,而且同时对贡献小的权重进行剔除,降低了校准电路的资源消耗,加快了神经网络校准算法速度。仿真结果表明,信号频率接近奈奎斯特频率的情况下,对16 bit 5 MS/s的 SAR ADC进行校准,校准后ADC的有效位数从7.4 bit提高到15.6 bit,无杂散动态范围从46.8 dB提高到126.2 dB。     

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。     

一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法

对于流水线模数转换器来说,电容失配是一种主要的非线性误差源.为了减小电容失配误差,本文提出了一种电容失配校准的方法.该方法通过一种电荷相加、电容交换和电荷反转移的电路技术,可将电容失配误差减小至其2次项.动态模型仿真演示了一个由4-bit电容匹配精度实现12-bit 积分非线性(INL)的例子,验证了电容失配校准的有效性.与传统电路相比,该方法只需在模拟电路中增加几个开关,因此电路实现仍然简单.另一方面,由于一个转换周期需要2个以上的时钟相,会影响模数转换的速度.因此,该方法适用于中等高速、高精度的应用场合.     

一种用于数字PFC的嵌入式SARADC

设计了一个用于数字PFC(功率因数校正)的12位精度的逐次逼近(SAR)A/D转换器.对DAC模块中出现的电容寄生问题进行了详细分析,针对性提出了一种1-6-5式的新型电容分段结构,并采用伪差分结构消除电荷注入和时钟馈通引入的一阶效应,使ADC性能有很大提高.上述设计在0.35μm CMOS工艺下完成,目前该芯片正在流片中.仿真结果表明,在采样频率为0.98MSPS,输入信号为50kHz时,新型分段结构ADC的信噪比SNR与无杂散动态范围SFDR较六六分段约有6%的提高.     

基于流水线ADC的MDAC电容失配校准研究

针对MDAC中采样电容失配会降低ADC输出非线性性能的问题,提出了一种流水线ADC的前台数字校准技术。该前台数字校准技术利用ADC输出积分非线性的相对偏差提取误差,利用简单的多路选择运算单元进行误差补偿。在此基础上,采用Verilog HDL实现了RTL级描述并成功流片。仿真和测试结果表明,该校准算法能够提升ADC输出性能。