一个单通道10位160兆每秒的逐次逼近式模数转换器

This paper demonstrates a single-channel 10-bit 160 MS/s successive-approximation-register （SAR） analog-to-digital converter （ADC） in 65 nm CMOS process with a 1.2 V supply voltage. To achieve high speed, a new window-opening logic based on the asynchronous SAR algorithm is proposed to minimize the logic delay, and a partial set-and-down DAC with binary redundancy bits is presented to reduce the dynamic comparator offset and accelerate the DAC settling. Besides, a new bootstrapped switch with a pre-charge phase is adopted in the track and hold circuits to increase speed and reduce area. The presented ADC achieves 52.9 dB signal-to-noise distortion ratio and 65 dB spurious-free dynamic range measured with a 30 MHz input signal at 160 MHz clock. The power consumption is 9.5 mW and a core die area of 250 ×200 μm^2 is occupied.     

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。     

一种10位50MS/s两级逐次逼近流水线混合型A/D转换器

本文在0.18μm CMOS工艺下,实现了一款10位50MS/s两级逐次逼近流水线混合型模数转换器（pipeline SAR ADC）。其由基于逐次逼近的增益模数单元和逐次逼近ADC组成,并采用1位冗余位放宽了子模数转换器的比较误差。通过采用逐次逼近结构,增益减半MDAC技术,动态比较器及动态逐次逼近控制逻辑,降低了模数转换器的功耗和面积。流片测试结果表明,在1.8V电源电压,50MS/s采样速率下,信噪失真比(SFDR)和功耗分别为56.04dB和5mV。     

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。     

一种基于压控振荡器的低功耗时间域模数转换器

本文提出了一种低功耗、高品质因数的基于压控振荡器的时间域模数转换器,在65nm CMOS 工艺上实现。本文采用了异步的Sigma-Delta调制器来将模拟输入电压信号转换到方波信号,有用信息被调制到方波的脉冲宽度里面。同时此模数转换器采用压控振荡器来将方波转换成输出频率,并利用异或门电路将频率(相位)信息数字化。这就是时间域量化器的原理。由于异步Sigma-Delta调制器不需要额外时钟,没有量化误差。它使用了谐波失真抵消技术的跨导级,并且输出的方波信号只有高低两个电压电平。这样在压控振荡器的电压到频率的曲线上,两个电压点之间就一定是一条直线,避免了电压到频率曲线的非线性失真对模数转换器信噪比的恶化。基于异或门的相位量化器天然具有一阶噪声整形的效果,它把低频的量化噪声推到高频,进而可以被低通滤波器滤掉。该时间域模数转化器在8MHz的信号带宽内分别达到了54.8dB/54.3dB 信噪比和信噪失真比,只消耗了2.8mW的功耗。品质因子达到了334 fJ/conv-step。     

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。     

High power-efficient asynchronous SAR ADC for IoT devices

This paper presents a power-efficient 100-MS/s, 10-bit asynchronous successive approximation register (SAR) ADC. It includes an on-chip reference buffer and the total power dissipation is 6.8 mW. To achieve high performance with high power-efficiency in the proposed ADC, bootstrapped switch, redundancy, set-and-down switching approach, dynamic comparator and dynamic logic techniques are employed. The prototype was fabricated using 65 nm standard CMOS technology. At a 1.2-V supply and 100 MS/s, the ADC achieves an SNDR of 56.2 dB and a SFDR of 65.1 dB. The ADC core consumes only 3.1 mW, resulting in a figure of merit (FOM) of 30.27 fJ/conversionstep and occupies an active area of only 0.009 mm².     

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。     

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。     

一种低功耗结构的ADC设计

逐次逼近结构ADC是中速中高分辨率应用中的常见结构,其中DAC多采用电容阵列结构,但其动态功耗随分辨率的增加而增加.论文设计了一种新颖的10位ADC结构,它采用两级进行模数转换的方法,高位采用低功耗的并行模数转换结构,低位采用逐次逼近模数转换结构,通过合理设计高低位转换位数、低功耗比较器,采用简单的二进制搜索算法,有效...     

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。     

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。     

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)。     

A 10-bit 50 MS/s SAR ADC in 65 nm CMOS with on-chip reference voltage buffer

This paper presents the design of a 10-bit, 50 MS/s successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) with an on-chip reference voltage buffer implemented in 65 nm CMOS process. The speed limitation on SAR ADCs with off-chip reference voltage and the necessity of a fast-settling reference voltage buffer are elaborated. Design details of a high-speed reference voltage buffer which ensures precise settling of the DAC output voltage in the presence of bondwire inductances are provided. The ADC uses bootstrapped switches for input sampling, a double-tail high-speed dynamic comparator and split binary-weighted capacitive array charge redistribution DACs. The split binary-weighted array DAC topology helps us to achieve low area and less capacitive load and thus enhances power efficiency. Top-plate sampling is utilized in the DAC to reduce the number of switches. In post-layout simulation which includes the entire pad frame and associated parasitics, the ADC achieves an ENOB of 9.25 bits at a supply voltage of 1.2 V, typical process corner and sampling frequency of 50 MS/s for near-Nyquist input. Excluding the reference voltage buffer, the ADC consumes 697 μW and achieves an energy efficiency of 25 fJ/conversion-step while occupying a core area of 0.055 mm².     

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...     

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。     

一种基于EF和CIFF的10 bit二阶噪声整形SAR ADC

设计了一种10 bit阶噪声整形的逐次逼近型模数转换器(NS-SAR ADC)。为了减小高精度SAR ADC中量化噪声的影响,该NS-SAR ADC采用了级联积分器前馈(CIFF)与误差反馈(EF)相结合的噪声整形方案。其中EF路径采用低增益动态放大器构成的无损积分架构,CIFF路径采用电压倍增的无源整形架构。它结合了CIFF与EF两种噪声整形架构的优点,具有更好的鲁棒性。电路采用TSMC 65 nm CMOS工艺设计,在电源电压为1.2 V、输入信号幅度为1 V、采样率为25 MHz的条件下,SNDR达到77.91 dB,带宽BW为1.562 5 MHz,功耗为465 μW。     

Energy-efficient CMOS delay line with self-supply modulation for low-power SAR ADCs

ABSTRACT

A new digital delay line based on the inverter chain is proposed. The proposed new method of connection of the inverters allows much longer delay times to be achieved for the same number of transistors, the same amount of power to be consumed as for conventional connection of inverters. Simulation results using a 65 nm CMOS design kit from ST Microelectronics are provided. An application example of the proposed delay line is provided for low-power, low-speed successive approximation register (SAR) analogue-to-digital converters (ADC).