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。     

一种10bit双通道流水线SAR ADC设计

为了提高模数转换器的采样频率并降低其功耗,提出一种10 bit双通道流水线逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC）。提出的ADC包括两个高速通道,每个通道都采用流水线SAR结构以便低功率和减小面积。考虑到芯片面积、运行速度以及电路复杂性,提出的处于第二阶段的SAR ADC由1 bit FLASH ADC和6 bit SAR ADC组成。提出的ADC由45 nm CMOS工艺制作而成,面积为0.16 mm2。ADC的微分非线性和积分非线性分别小于0.36 最低有效位（LSB）和0.67 LSB。当电源为1.1 V时,ADC的最大运行频率为260 MS/s。运行频率为230 MS/s和260 MS/s的ADC的功率消耗分别为13.9 mW和17.8 mW。     

16bit，10MS／s SAR模数转换器

AD7626 PulSAR ADC具有很好的16bit数据采集性能,15bit有效位数（ENOB）及10MSPS采样率;可提供92dB信噪比（SNR）;采用5mm×5mmLFCSP封装,功耗仅为130mW;采用自同步LVDS总线,这种总线提供噪声极低的接口,并可减少为降低电路板级噪声所需要的外部元件数量。     

一种基于电压窗口技术的超低功耗SAR ADC

本文提出了一种应用于生物医学的超低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC).针对SAR ADC主要模块进行超低功耗设计.数模转换(DAC)电路采用vcm-based以及分段电容阵列结构来减小其总电容,从而降低了DAC功耗.同时提出了电压窗口的方法在不降低比较器精度的情况下减小其功耗.此外,采用堆栈以及多阈值晶体管结构来减小低频下的漏电流.在55nm工艺下进行设计和仿真,在0.6V电源电压以及l0kS/s的采样频率下,ADC的信噪失真比(SNDR)为73.3dB,总功耗为432nW,品质因数(FOM)为11.4fJ/Conv.     

超低功耗逐次逼近寄存器型模数转换器的设计

采用逐次逼近方式设计了一个12 bit的超低功耗模数转换器(ADC).为减小整个ADC的芯片面积、功耗和误差,提高有效位数(ENOB),在整个ADC的设计过程中采用了一种改进的分段电容数模转换器(DAC)阵列结构.重点考虑了同步时序产生电路结构,对以上两个模块的版图设计进行了精细的布局.采用0.18 μm CMOS工艺,该ADC的信噪比(SNR)为72 dB,有效位数(ENOB)为11.7 bit,该ADC的芯片面积只有0.36 mm2,典型的功耗仅为40 μW,微分非线性误差小到0.6 LSB、积分非线性误差只有0.63 LSB.整个ADC性能达到设计要求.     

一种10位200 kS/s 65 nm CMOS SAR ADC IP核

该文基于65 nm CMOS低漏电工艺,设计了一种用于触摸屏SoC的8通道10位200 kS/s逐次逼近寄存器型(Successive Approximation Register,SAR) A/D转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC) IP核。在D/A转换电路的设计上,采用7MSB (Most-Significant-Bit) + 3LSB (Least-Significant-Bit) R-C混合D/A转换方式,有效减小了IP核的面积,并通过采用高位电阻梯复用技术有效减小了系统对电容的匹配性要求。在比较器的设计上,通过采用一种低失调伪差分比较技术,有效降低了输入失调电压。在版图设计上,结合电容阵列对称布局以及电阻梯伪电阻包围的版图设计方法进行设计以提高匹配性能。整个IP核的面积为322m267m。在2.5 V模拟电压以及1.2 V数字电压下,当采样频率为200 kS/s,输入频率为1.03 kHz时,测得的无杂散动态范围(Spurious-Free Dynamic Range,SFDR)和有效位数(Effective Number Of Bits,ENOB)分别为68.2 dB和9.27,功耗仅为440W,测试结果表明本文ADC IP核非常适合嵌入式系统的应用。     

一种用于红外读出电路的低温SAR ADC

本文提出了一种用于低温红外读出系统的连续逼近模数转换器（SAR ADC）电路。为了在很宽的温度范围内保证电路的性能,ADC中采用了一种温度补偿时域比较器结构。该比较器可在从室温到77K的极端工作温度条件下,实现稳定的性能和极低的功耗。该转换器采用标准的 0.35 μm CMOS 工艺制造,在77K的温度下,其最大微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）分别为0.64LSB和0.59LSB。在采样率为200kS/s时可实现9.3bit的有效位数。在3.3V的电源电压下其功耗为0.23mW,占用的芯片面积为0.8*0.3 mm2。     

一种用于高精度SAR ADC的采样失真消除电路

提出了一种新型双板采样的采样失真消除电路,可用于16位差分型高精度SAR ADC。为了消除采样开关导通电阻导致的信号失真,该采样失真消除电路由器件尺寸成比例关系的两条采样路径组成,通过两条路径作差将差分两端的误差电荷相互抵消。相较于传统的顶板采样或底板采样,双板采样放大了差分输入信号的幅值,避免了电荷作差造成的信号衰减。仿真结果表明,在1 MS/s的采样率下,对于300 kHz的正弦输入信号,该采样失真消除电路的总谐波失真降低了15 dB,无杂散动态范围提高了19 dB,采样电路的信噪比为112 dB。     

一种用于视频采集10bit低功耗SAR ADC的设计

本文通过对逐次逼近型ADC原理的分析,设计了一种用于视频采集10bit,900KS／S的逐次逼近型模拟数字转换器（SARADC）,该模数转换器主要由采样保持、DAC、比较器和数字逻辑控制器组成。其中,DAC采用电荷定标型结构,利用对称电容阵列结构减少电容所占面积,同时提高缩放电容的匹配精度;比较器采用三级预放大器加一级动态锁存器结构,并且该比较器采用了失调校准技术来提高比较器的精度。电路采用SMIC0．13um 1P6M CMOS工艺进行设计,仿真结果表明,在900KS／s的采样速率下,有效位数可达8．7bit,功耗仅为1．02mW。     

一种采用4bit MDAC的12bit流水线模数转换器

采用GF 0.18μm标准CMOS工艺,设计并实现了一种12 bit 20 MS/s流水线模数转换器(ADC)。整体架构采用第一级4 bit与1.5 bit/级的相结合的方法。采用改进的增益数模单元(MDAC)结构和带驱动能力的栅自举开关来提高MDAC的线性度和精度。为了降低子ADC的功耗,采用开关电容式比较器。仿真结果表明,优化的带驱动的栅自举开关可减小采样保持电路(SHA)的负载压力,有效降低开关导通电阻,降低电路的非线性。测试结果表明:在20 MS/s的采样率下,输入信号为1.234 1 MHz时,该ADC的微分非线性(DNL)为+0.55LSB/-0.67LSB,积分非线性(INL)为+0.87LSB/-0.077LSB,信噪比(SNR)为73.21 dB,无杂散动态范围(SFDR)为69.72 dB,有效位数(ENOB)为11.01位。芯片面积为6.872 mm2,在3.3 V供电的情况下,功耗为115 mW。     

一种具有1～128倍可变增益放大器的低功耗Sigma-Delta ADC

为满足传感器应用的低功耗需求,设计并实现了一种低功耗Sigma-Delta模数转换器(ADC)芯片。该ADC采用一阶全差分开关电容Sigma-Delta调制器,且集成了可编程增益放大器(PGA)和Bandgap;使用1.5 bit量化结构,相较于1 bit量化结构减小了3 dB的量化误差;使用优化的反馈电路,减小了电容失配引入的误差;PGA采用轨到轨的运放电路拓扑,增大了整个芯片的电压适应范围。基于180 nm CMOS工艺对该ADC进行了设计和流片。测试结果表明：该Sigma-Delta ADC在采样频率512 kHz、过采样率(OSR)为256时,峰值信噪谐波失真比(SNDR)和有效位数(ENOB)分别为75.29 dB和12.21 bit,芯片功耗仅为0.92 mW。芯片能在2.3～5.5 V宽电源电压范围内正常工作,可实现最大128 V/V的增益。适用于小型传感器的信号测量应用,可以满足小型传感器低功耗、高精度的需求。     

16bit,10MS/sSAR模数转换器 具有15bit有效位数(ENOB)及2.5倍的采样速率

AD7626 PulSAR ADC具有很好的16bit数据采集性能,15bit有效位数(ENOB)及10MSPS采样率;可提供92dB信噪比(SNR);采用5mm×5mmLFCSP封装,     

用于12bit250MS/s流水线ADC的运算放大器设计

设计了一种应用于12 bit 250 MS/s采样频率的流水线模数转换器(ADC)的运算放大器电路.该电路采用全差分两级结构以达到足够的增益和信号摆幅;采用一种改进的频率米勒补偿方法实现次极点的“外推”,减小了第二级支路所需的电流,并达到了更大的单位增益带宽.该电路运用于一种12 bit 250 MS/s流水线ADC的各级余量增益放大器(MDAC),并采用0.18 μm 1P5M 1.8 V CMOS工艺实现.测试结果表明,该ADC电路在全速采样条件下对于20 MHz的输入信号得到的信噪比(SNR)为69.92 dB,无杂散动态范围(SFDR)为81.17 dB,整个ADC电路的功耗为320 mW.     

具有寄生电阻消除功能的远端测温芯片

设计并流片实现了一款具有寄生电阻消除功能的远端测温芯片.分析了远端测温原理和寄生电阻对测温精度的影响,利用差分结构采集远端三极管产生的温度信号.采用一阶∑-△模数转换器(ADC)将温度信号进行量化,并使用寄生电阻消除技术降低寄生电阻对测温精度的影响.该芯片采用0.18 μm BCD工艺设计并流片,测试结果表明,当远端三极管在-40℃下,使用寄生电阻消除技术可以将1.5 k-Ω寄生电阻对测温精度的影响降低到0.5℃以内;远端三极管在-40～125℃温度范围内,消除寄生电阻影响后远端测温芯片的3σ误差小于±0.6℃.     

一种基于新型低功耗开关策略的10 bit 120 MS/s SAR ADC

设计了一种10 bit 120 MS/s高速低功耗逐次逼近模数转换器(SAR ADC)。针对功耗占比最大的CDAC模块,基于电容分裂技术并结合C-2C结构,提出了一种输出共模保持不变的双电平高能效开关控制策略;在降低CDAC开关功耗的同时,摆脱了CDAC开关过程中对中间共模电平的依赖,使得该结构适用于低电压工艺。在速度提升方面,控制逻辑使用异步逻辑进行加速;比较器采用一种全动态高速结构,在保证精度的前提下其工作频率达到3 GHz; CDAC中插入冗余位,以降低高位电容对充电时间的要求。所设计的SAR ADC使用40 nm CMOS工艺实现,采用1.1 V低电压供电。在不同工艺角下进行性能仿真,结果显示,在120 MHz采样率下,有效位数为9.86 bit,无杂散动态范围为72 dB,功耗为2.1 mW,优值为18.9 fJ/(conv·step)。     

集成有10位ADC的增强型视频解码器ADV7183及其应用

ADV7183是美国模拟器件公司(ADI)推出的集成了10位ADC的增强型视频解码器。它内含两个10-bit精确模数转换器(ADCs)和完整的自动增益控制(AGC)电路 ,可广泛用于放映机、数字电视、DVD录像机和游戏机等许多系统中。文中详细介绍了它的结构特点、引脚功能和工作原理 ,给出了它的典型应用电路     

一种用于触摸屏SoC的10位200kS/s SAR ADC IP核

采用“5MSBs (Most-Significant-Bits) + 5LSBs (Least-Significant-Bits)”C-R混合式D/A转换方式以及低失调伪差分比较技术,结合电容阵列对称布局以及电阻梯低失配版图设计方法,基于0.18µm 1P5M CMOS Logic工艺,设计实现了一种用于触摸屏SoC (System-on-Chip)的8通道10位200kS/s逐次逼近型A/D转换器IP核。在1.8V电源电压下,测得的微分非线性误差和积分非线性误差分别为0.32LSB和0.81LSB。在采样频率为200kS/s,输入频率为91kHz时,测得的无杂散动态范围(SFDR: Spurious-Free Dynamic Range)和有效位数(ENOB: Effective-Number-of-Bits)分别为63.2dB和9.15bits,功耗仅为136µW。整个A/D转换器IP核的面积约为0.08mm2。设计结果显示该转换器满足触摸屏SoC的应用要求。     

一种新颖的ADC非线性误差测试方法

提出了一种ADC非线性误差测试方法。首先采用正弦波概率密度直方图的积分值求解微分非线性(DNL)和积分非线性(INL),然后采用正弦波码字预测的方法检测ADC偶然转换错误,避免该错误引起的DNL、INL误测。与常规的正弦波直方图法相比,该测试方法无需估算正弦波的幅度和偏置,降低了算法引入的DNL、INL测量误差,解决了正弦波直方图法不能检测ADC偶然转换错误的问题。测试结果证明了该测试方法的可行性。