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。     

一种用于单相Boost型PFC中的数字预测算法

本文提出了用于数字控制PFC中的一种新颖的数字控制算法,称为预测算法。它可以得到较高的PF值,并且随着输入电压或者负载电流的变化有近似最快的动态响应。对于一个确定的系统,预测算法根据系统当前的状态参数,可以估算出输出电压和电感电流在下一个开关周期的变化趋势,并且得到一组完美跟踪输入电压轨迹最优的控制序列。在多种仿真条件下的仿真结果证实了预测算法的有效性。当输入电压从90V到265V,负载电流从20%~100%范围变化时,PF值都大于0.998。启动时间和恢复时间分别约为0.1s和0.02s,且无超调。实验结果也验证了设计的有效性。     

一种用于GFSK信号解调的自校准时间数字转换器

设计了一种用于解调GFSK信号的时间数字转换器(Time Digital Converter,TDC),该时间数字转换器主要由延时链、D触发器、延时校准电路等组成.TDC对中频信号进行采样,将信息从频率信号转换到二进制码.延时校准电路保证延时单元的延时准确.TDC采用TSMC 0.18μm CMOS工艺实现,版图面积为0.08mm2.仿真结果表明,TDC的最大微分非线性为0.07LSB,最大积分非线性为-0.17LSB,功耗0.9mW,最大抗频率失调范围为±350kHz.     

8通道10b的R-C混合式SARADC的设计

实现一个8通道10 b转换精度的逐次逼近式(SAR)模拟-数字转换器。在DAC的设计上采用新的电阻电容混合式的DAC的结构,和传统的C-R式结构相比具有更小的面积。同时对比较器的设计进行了优化,采用一个三级级联的准差分结构,并设计在传统的前置预放和锁存器级联的理论基础上,引入了交叉耦合负载,复位、钳位技术,获得了高精度和较低的功耗。设计经HSPICE仿真结果证明有效,并采用0.13μm CMOS工艺,分别采用2.5 V的模拟电源电压和1.2 V的数字电源电压供电,实现10位的精度。芯片面积为480μm*380μm,FF case下功耗为0.54 mW。实现了超低功耗的ADC的设计。     

一种用于高精度D/A转换器的数字校准技术

介绍了一种用于400MSPS16位高精度电流舵D/A转换器的数字静态校准技术。该校准技术利用地址产生器、钟控比较器、SAR寄存器和校准DAC,构成逐次逼近式校准环路。利用该校准环路,可以自动完成高7位电流源阵列单元的校准,从而极大地提高电流源的匹配性。采用该校准技术的16位电流舵D/A转换器的DNL大于±0.5LSB,达到了真正的16位精度。     

一种10位10MS/s全差分异步逐次逼近模数转换器

设计了一种适用于嵌入式应用的10位10 MS/s逐次逼近模拟数字转换器。数字模拟转换器采用改进的分段电容阵列结构,有效地减小了电容面积和开关切换时的功耗。电容阵列采用中心对称技术,提高了电容匹配。使用采样时钟为主时钟和异步工作方式,避免了高频时钟的使用,同时优化控制逻辑来提高转换速度。电平转换模块将低电压数字逻辑信号提升为高电平模拟信号。采用UMC 0.11μm 1P6MCMOS工艺验证。当采样频率为10 MS/s、输入频率为100kHz左右正弦信号时,信号噪声畸变比(SNDR)为59.99dB,有效分辨率(ENOB)为9.67位。测得最大微分非线性(DNL)为0.48LSB,最大积分非线性(INL)为0.61LSB。     

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SAR ADC开关电容比较器的失调消除技术

论文阐述了一种用于逐次逼近ADC开关电容比较器的失调消除技术。采用预放大加再生锁存的比较结构,基于0.18μm 1P5M CMOS工艺设计实现了一种伪差分比较器。通过采用前级预放大器输入失调消除技术以及低失调再生锁存技术进行设计,整个比较器的输入失调电压小于0.55mV。通过采用预放大加再生锁存的比较模式,整个比较器的功耗有效减小,不足0.09mW。在电源电压为1.8V、ADC采样速率为200kS/s、时钟频率为3MHz的情况下,比较器能达到13位的转换精度。最后,通过设计讨论、后仿真分析及其在一种10位200kS/s的触摸屏SAR ADC中的成功应用验证了本文比较器的实用性和优越性。     

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。     

一种非二进制权重的高能效比逐次比较型模数转换器

介绍了一种非二进制权重的高能效比逐次比较型模数转换器。该ADC采用了非二进制权重的电容结构以降低工艺失配对性能的影响,极大地减小了总电容的值;使用了自适应时钟来实现每一位的量化,提高了采样频率,并且不需要外界提供高速时钟;采用了注入扰动的最小均方校准算法,用很小的电路代价实现了后台数字校准。本芯片在SMIC 0.13μm工艺上实现,芯片模拟部分核心面积为0.042mm2,数字校准模块面积为0.04mm2,芯片工作在25MHz采样率时功耗为2.8mW,信噪失真比为58.6dB,有效位数为9.5位。     

一种基于VCM开关切换的12位20 MS/s SAR ADC

设计了一种12位、采样率为20 MS/s的逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。整体电路为全差分结构,采用了一种基于VCM开关切换的分段式电容阵列。同时,比较器结合了前置运放和动态锁存器,与异步时序相配合,实现了SAR ADC高速工作。此外,采样电路采用栅压自举技术,提高采样的线性度。芯片基于TSMC 180 nm 1P5M CMOS工艺设计。仿真结果表明,当采样率为20 MS/s时,SAR ADC有效位数为11.94 bit,无杂散动态范围为86.53 dBc,信噪比为73.66 dB。     

A 130 nm CMOS low-power SAR ADC for wide-band communication systems

This paper presents a low power 9-bit 80 MS/s SAR ADC with comparator-sharing technique in 130 nm CMOS process. Compared to the conventional SAR ADC, the sampling phase is removed to reach the full efficiency of the comparator. Thus the conversion rate increases by about 20% and its sampling time is relaxed. The design does not use any static components to achieve a widely scalable conversion rate with a constant FOM. The floorplan of the capacitor network is custom-designed to suppress the gain mismatch between the two DACs. The ＇set-and- down＇ switching procedure and a novel binary-search error compensation scheme are utilized to further speed up the SA bit-cycling operation. A very fast logic controller is proposed with a delay time of only 90 ps. At 1.2 V supply and 80 MS/s the ADC achieves an SNDR of 51.4 dB and consumes 1.86 mW, resulting in an FOM of 76.6 fJ/conversion-step. The ADC core occupies an active area of only 0.089 mm2.     

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.     

应用于高速SAR ADC的高能效开关方案

介绍了一种应用于高速逐次逼近型模数转换器的新型高能效电容开关方案.基于2bit/cycle结构,采用两个分裂电容阵列作为数模转换器.通过单边充电操作,在减小电容阵列动态功耗和总面积的同时,提高了电容的建立速度.在最后一个量化周期中,只在电容阵列的单边引入共模电压基准,并只用一个比较器参与量化,在获得更高精度的同时,进一...     

一个电容阵列定制的100MS/s，9bit，0.43mW逐次逼近型模数转换器

本论文介绍了一个带定制电容阵列的低功耗9bit,100MS/s逐次比较型模数转换器。其电容阵列的基本电容单元是一个新型3D,电容值为1fF的MOM电容。除此之外,改进后的电容阵列结构和开关转换方式也降低了不少功耗。为了验证设计的有效性,该比较器在TSMC IP9M 65nm LP CMOS工艺下流片。测试结果如下：采样频率100MS/s,输入频率1MS/s时,有效位数（ENOB）为7.4,bit,信噪失真比（SNDR）为46.40dB,无杂散动态范围（SFDR）为62.31dB。整个芯片核面积为0.030mm2,在1.2V电源电压下功耗为0.43mW。该设计的品质因数（FOM）为23.75fJ/conv。     

应用于无线传感网络的低功耗10bit 300Ksps多通道逐次逼近型模数转换器的设计

本文给出了一款可应用于无线传感网络的低功耗10bit 300Ksps的逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的设计。采用了单端结构低功耗的拆分式电容阵列DAC和具有轨到轨输入级的比较器来实现本文中的ADC,可以减小功耗同时扩展满量程输入范围。为了实现功耗优化,采用2V的低电源电源供电。设计的ADC还具有4个模拟信号通道,使其更适用于无线传感网络的应用。电路样片采用3.3V 0.35μm 2P4M CMOS工艺实现,占用了1.23mm2的芯片面积,测试结果表明在2V供电166Ksps的采样速率下,ADC的功耗只有200uW,计算得到的信噪比为58.25dB,有效位数为9.38bit,品质因子FOM为4.9pJ/conversion-step。     

应用于14bit SAR ADC的高精度比较器的设计

基于预防大锁存理论,设计了一款带有三级前置运算放大器和latch再生电路的高精度比较器.为了实现高精度,采用了输入失调储存(IOS)和输出失调储存(OOS)级联的消失调方法,有效降低了比较器的输入失调电压.传统的比较器动态失调测试方法非常耗时,为此采用新的带负反馈网络的动态失调测试电路,从而大大提高了比较器的设计和仿真效率.Hhnec CZ6H(0.35μm)工艺下,仿真表明,比较器能够分辨的最小信号为33.2μV,满足14 bit SAR ADC对比较器的性能要求.