一种用于列并行ADC的改进型栅压自举开关

CMOS图像传感器中列并行模数转换器(ADC)的面积受到严格限制,ADC采样保持电路中的栅压自举开关也必须满足每列的面积要求。在传统单电容型栅压自举开关的基础上,利用源极跟随器在降低开关导通电阻的同时提高了电路的可靠性;通过体效应补偿电路降低输入变化对导通电阻的影响;同时,在列共用偏置电路上增加控制开关,减少不必要的功耗。提出的电路使用UMC 0.11μm CMOS工艺实现,电源电压为3.3 V,仿真结果表明开关导通电阻降低了约28.6%,输入范围内电阻变化率小于1.2%,有效位数提高了1 bit,而面积只增加了15%。流片后测试结果显示,以20 MS/s的采样频率对1.97 MHz的输入进行采样,测得信噪比(SNR)、无杂散动态范围(SFDR)和有效位数(ENOB)分别为85.8 dB、71.1 dB和11.5 bit。     

一种10位50MHz流水线模数转换器的设计

采用每级1.5 bit和每级2.5 bit相结合的方法设计了一种10位50 MHz流水线模数转换器。通过采用自举开关和增益自举技术的折叠式共源共栅运算放大器,保证了采样保持电路和级电路的性能。该电路采用华润上华(CSMC)0.5μm 5 V CMOS工艺进行版图设计和流片验证,芯片面积为5.5 mm2。测试结果表明:该模数转换器在采样频率为50 MHz,输入信号频率为30 kHz时,信号加谐波失真比(SNDR)为56.5 dB,无杂散动态范围(SFDR)为73.9 dB。输入频率为20 MHz时,信号加谐波失真比为52.1 dB,无杂散动态范围为65.7 dB。     

一种高性能14位采样保持电路

设计了一种应用于流水线型模数转换器的14位100 MHz采样保持电路,并在电路设计中,提出了一种改进型的栅压自举采样开关电路。在不增加电路复杂性的情况下,栅压自举采样开关电路可以有效地增加采样开关管的开启时间和关断时间,以及电路的可靠性。采样保持电路采用电容翻转式结构,以及采用增益提高的全差分折叠式共源共栅跨导放大器来实现。采用SMIC 1.8 V/3.3 V 0.18 μm 1P6M CMOS工艺对电路进行设计与仿真。仿真结果显示,在10.009765 MHz输入信号,100 MHz工作频率下,输出信号的无杂散动态范围(SFDR)为95.9 dB,与传统自举开关相比,提高了16.3 dB。     

适用于中频采样的CMOS自举采样开关

分析了影响CMOS采样开关性能的非理想因素,针对中频采样A/D转换器对采样开关特性的要求,改进得到了一种新型的CMOS自举采样开关.较之传统栅压自举开关,此新型MOS采样开关能够消除由于阈值电压随输入信号变化所产生的非线性.基于0.18 μm标准CMOS数模混合工艺对电路进行了模拟,模拟结果显示,在输入信号为2.39 MHz正弦波,峰峰值为2V,采样时钟频率为100 MHz时,开关的无杂散动态范围达到116.7 dB,较之传统自举采样开关提高了15dB左右.试验结果表明该栅增压电路非常适用于高速中频采样.     

一种用于Pipeline ADC的高线性度栅压自举开关

在流水线模数转换器(Pipeline ADC)电路中,栅压自举开关中的非线性电容会对开关管的导通电阻产生直接的影响,导致采样非线性。设计了一种三路径的高线性度栅压自举开关,采用三个自举电容,分别构成两条主路径和一条辅助路径,使得输入信号在通过两条主路径传输到开关管栅端时加快栅端电压的建立,同时利用辅助路径驱动非线性电容,减少电路中非线性电容对采样电路线性度的影响,从而增强信号驱动能力,提高整体电路的精度。本文设计的栅压自举开关应用于14 bit 500 MHz流水线ADC的采样保持电路中。采用TSMC 28 nm CMOS工艺进行电路设计。仿真结果表明,在输入频率为249 MHz,采样频率为500 MHz的条件下,该栅压自举开关的信噪比(SNDR)达到92.85 dB,无杂散动态范围(SFDR)达到110.98 dB。     

一种0.18μm数字工艺的12bit 100MS/s流水线型ADC设计

描述一个基于TSMC 0.18μm数字工艺的12 bit 100 Ms/s流水线模数转换器的设计实例。该模数转换器采用1.5bit每级结构,电源电压为1.8V。包括十级1.5 bit/stage和最后一级2bit Flash模数转换器,共产生22bit数字码,数字码经过数字校正电路产生12 bit的输出。该模数转换器省去了采样保持电路,电路模块包括:各个子流水级、共模电压生成模块、带隙基准电压生成模块、开关电容动态偏置模块、系统时钟生成模块、时间延迟对齐模块和数字校正电路模块。为了实现低功耗设计,在电路设计中综合采用了输入采样保持放大器消去、按比例缩小和动态偏置电路等技术。ADC实测结果,当以100 MHz的采样率对10MHz的正弦输入信号进行采样转换时,在其输出得到了73.23dB的SFDR,62.75dB的SNR,整体功耗仅为113mW。     

一种应用于流水线ADC的采样保持电路设计

设计了一种应用于8位100 MHz采样频率流水线ADC的采样保持电路。采用电容翻转的主体结构及下级板采样技术,设计了使用共源共栅密勒补偿的两级运放。在不影响性能的前提下提出对传统栅压自举采样开关的改进方案,减小了栅压自举开关的面积。该采样保持电路采用CSMC0.18μm CMOS工艺,1.8 V电源电压进行设计。Spectre仿真并使用Matlab分析输出动态特性表明,电路达到了74.7 d B的无杂散动态范围(SFDR),信纳比(SINAD)为60.8 d B。     

用于12 bit 40 MS/s低功耗流水线ADC的采样保持电路

设计了一个可降低12 bit 40 MHz采样率流水线ADC功耗的采样保持电路。通过对运放的分时复用,使得一个电路模块既实现了采样保持功能,又实现了MDAC功能,达到了降低整个ADC功耗的目的。通过对传统栅压自举开关改进,减少了电路的非线性失真。通过优化辅助运放的带宽,使得高增益运放能够快速稳定。本设计在TSMC0.35μm mix signal 3.3 V工艺下实现,在40 MHz采样频率,输入信号为奈奎斯特频率时,其动态范围(SFDR)为85 dB,信噪比(SNDR)为72 dB,有效位数(ENOB)为11.6 bit,整个电路消耗的动态功耗为14 mW。     

一种运用于高速ADC的采样保持电路设计

设计了一种用于Pipelined ADCs中的前置采样保持电路.从理论上推导了12bit、100MHz的模数转换器对采样保持电路各个子电路的性能指标要求,按此要求设计了增益增强型运放、自举开关等子电路.基于SMIC 0.13μm,3.3V工艺,Spectre仿真结果表明,在采样频率为100MS/s,输入信号频率为9.7656M时实现了81.9dB的信噪失真比(SINAD)和13.3位的有效位数(ENOB),无杂散动态范围(SFDR)可达94.9dB,功耗仅为24mW.输入直到奈奎斯特频率,仍能保持81.5dB的信噪失真比和13.2位的有效位数,SFDR可达到92.67dB.     

采用改进电流调制功耗缩放的精度和速度可编程流水线模数转换器

介绍了一个精度和速度可编程、但不需要改变运算放大器偏置电流的流水线模数转换器,实现了8～11bit和400k～40MSa/s的程控范围.提出了一种新颖的预充型开关运放,在降低功耗的同时,可以使运算放大器快速开启.通过采用改进的电流调制功耗缩放技术、新颖的开关运放技术、采样保持电路消去技术和动态比较器,大大降低了电路的功耗.电路设计采用1.8V 1P6M 0.18μm CMOS工艺,仿真结果表明:在11bit,40MSa/s性能条件下,输入信号为19.02MHz时,无杂散动态范围(SFDR)为81dB,信噪失真比(SNDR)为67dB,功耗为29mW.     

采用改进电流调制功耗缩放的精度和速度可编程流水线模数转换器

介绍了一个精度和速度可编程、但不需要改变运算放大器偏置电流的流水线模数转换器,实现了8～11bit和400k～40MSa/s的程控范围.提出了一种新颖的预充型开关运放,在降低功耗的同时,可以使运算放大器快速开启.通过采用改进的电流调制功耗缩放技术、新颖的开关运放技术、采样保持电路消去技术和动态比较器,大大降低了电路的功耗.电路设计采用1.8V 1P6M 0.18μm CMOS工艺,仿真结果表明:在11bit,40MSa/s性能条件下,输入信号为19.02MHz时,无杂散动态范围(SFDR)为81dB,信噪失真比(SNDR)为67dB,功耗为29mW.     

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12位100MSPS采样保持电路的设计

基于0.13μm/3.3V CMOS工艺,设计了一种用于12bit 100MSPS Pipeline AIC的采样保持(S/H)电路.采用具有高线性度双边对称的无馈通自举采样开关,获得高增益、宽带宽的跨导前馈补偿共源共栅两级全差分跨导放大器,以及能显著降低增益误差的相关双采样S/H拓扑结构来搭建S/H电路.仿真结果表明:当在11.27MHz的输入信号,111MHz的采样信号下,该S/H电路无杂散动态范围(SFDR)86.4dB,功耗为32mW.     

一种用于高速高精度A/D转换器的自举采样电路

介绍了一种新型的CMOS自举采样电路。该电路适用于12位100 MHz采样频率的A/D转换器。采用P型栅压自举开关补偿技术,可以有效地克服采样管导通电阻变化引入的非线性失真,提高采样精度。仿真结果表明,采样时钟频率为100 MHz时,输入10 MHz信号,可得信噪失真比(SNDR)为102 dB,无杂散动态范围(SFDR)为103 dB。信号频率达到采样频率时,仍有超过85 dB的SNDR和87 dB的SFDR,满足高速高精度流水线A/D转换器对采样开关线性度和输入带宽的要求。电路采用SMIC 0.18μm CMOS数模混合工艺库实现,电源电压为1.8 V。     

高性能栅压自举开关的设计

对模数转换器中的传统开关电路的导通电阻进行了详细的理论分析,提出了一种互补型栅压自举开关电路.该电路结构相比于传统开关,通过少量的功耗代价换取了更优的频域性能,在不同工艺角下具有更好的鲁棒性,适用于先进工艺下的低电压工作环境.互补型栅压自举开关电路采用28 nm工艺设计,在1V的电源电压下,对800fF的负载电容进行速率为800 MS/s的采样,在低频输入下(181.25 MHz)实现的无杂散动态范围(SFDR)为89 dB,四倍奈奎斯特输入频率下(1 556 MHz)实现的SFDR为65 dB,开关电路面积为80 μm×20 μm.     

一个嵌入式应用的8位300MS/s折叠内插模数转换器

本文设计了一个1.4V电源电压8位300MS/s折叠内插结构的模数转换器。该模数转换器利用0.13μm CMOS工艺实现,有效面积仅为0.6mm2,非常适合嵌入式应用。系统对低功耗进行了优化。流水线式采样开关节省了用于实现信号完整建立而增加的额外功耗。失调平均电阻阵列被置于两级折叠电路之间也是出于节省功耗的考虑。该转换器在1MHz下达到了43.4dB的信噪失真比和53.3dB的无杂散动态范围,在奈奎斯特频率输入情况下信噪失真比和无杂散动态范围分别为42.1dB和49.5dB。测试结果表明在1.4V电源250MHz采样率下功耗为34mW,FoM值为1.14pJ/转换步长。     

5 Msample/s两倍增益差分采样/保持电路的设计和分析

设计和分析了一种用于10位分辨率,5 MHz采样频率流水线式模数转换器中的差分采样/保持电路.该电路是采用电容下极板采样、开关栅电压自举、折叠式共源共栅技术进行设计,有效地消除了开关管的电荷注入效应、时钟馈通效应引起的采样信号的误差,提高了采样电路的线性度,节省了芯片面积、功耗.电路是在0.6 μm CMOS工艺下进行模拟仿真,当输入正弦波频率为500 kHz,采样频率为5 MHz时,电路地无杂散动态范围(SFDR)为75.4 dB,能够很好的提高电路的信噪比,因此该电路适用于流水线式模数转换器.     

一种用于生物医学信号的自适应SAR ADC

基于0.18 μm CMOS工艺,设计了一种用于生物医学信号的12位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。数模转换器采用分段结构电容阵列,并加入1位冗余位。比较器采用互补输入对管构成的动态比较器,以减小噪声和功耗。栅压自举开关被用于采样保持电路,并增加了堆叠管和虚拟管。针对生物医学信号具有稀疏性的特点,通过延时上极板复位时间的方法检测两次采样电压差值,实现采样率自适应切换。仿真结果表明,在120 kS/s采样率、1 V电源电压的条件下,该SAR ADC的功耗仅为4.65 μW,无杂散动态范围为76.29 dB,优值为16.9 fJ/(conv·step),有效位数达11.16 bit。     

一种用于流水线ADC采样保持电路的设计

介绍一种用于流水线ADC的采样保持电路。该电路选取电容翻转式电路结构,不仅提高整体的转换速度,而且减少因电容匹配引起的失真误差;同时使用栅压自举采样开关,有效地减少了时钟馈通和电荷注入效应;采用全差分运算放大器能有效的抑制噪声并提高整体的线性度。该采样保持电路的设计是在0.5μm CMOS工艺下实现,电源电压为5 V,采样频率为10 MHz,输入信号频率为1 MHz时,输出信号无杂散动态范围(SFDR)为73.4 dB,功耗约为20 mW。     

一种新型高线性度CMOS自举采样开关

分析了采样开关中非线性的来源,以及传统自举采样开关的弊端,提出了一种新型高线性度CMOS自举采样开关电路结构.相比传统自举采样开关,新型电路可以将阈值电压随输入信号变化引入的非线性减至最小.采用0.18μm标准CMOS工艺,在Cadence Spectre环境下仿真.结果显示,当输入频率为15 MHz、峰峰值为0.84 V的正弦波,且采样时钟频率为30 MHz时,采样开关的无杂散动态范围达到93 dB,较之传统自举采样开关提高了近20 dB.